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数字签名是一个带有密钥的消息摘要算法，这个密钥包括了公钥和私钥，用于验证数据完整性、认证数据来源和抗否认，遵循OSI参考模型、私钥签名和公钥验证。也是非对称加密算法和消息摘要算法的结合体，常见的数字签名算法主要有RSA、DSA、ECDSA三种，本文对数字签名算法进行详细介绍。
Hash又译散列、摘要等名，本文统一称Hash。
1. RSA数字签名算法
RSA是目前计算机密码学中最经典算法，也是目前为止使用最广泛的数字签名算法，RSA数字签名算法的密钥实现与RSA的加密算法是一样的，算法的名称都叫RSA。密钥的产生和转换都是一样的，包括在售的所有SSL数字证书、代码签名证书、文档签名以及邮件签名大多都采用RSA算法进行加密。
RSA数字签名算法主要包括MD和SHA两种算法，例如我们熟知的MD5和SHA-256即是这两种算法中的一类，具体如下表格分布
1.1. MD2、MD4、MD5算法
最常见的是我们熟知的MD5加密算法，MD5全称Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5），目前比较普遍的Hash算法，是散列算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。MD5算法法是输入任意长度字符，输出固定长度128位的算法。经过程序流程，生成四个32位数据，最后联合起来成为一个128位Hash值，主要方式是通过求余、取余、调整长度、与链接变量进行循环运算进而得出结果。
1.2. SHA-1算法
SHA-1是由NIST NSA设计为同DSA一起使用的，SHA-1设计时基于和MD4相同原理，并且模仿了该算法，SHA-1抗穷举(brute-force)性更好，它产出160位的Hash值，对于非线性运算、移位和加法运算也与MD5类似。SHA-1也应用于包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec等多种协议中，曾被视为是MD5的后继者。SHA-1的如今已经明确不具备安全性可言了。
在2016年1月1日后基于SHA-1签发的SSL和代码签名的X.509证书已不具备安全性可言，多个操作系统、浏览器都建议将基于SHA-1而签发的证书、代码签名替换至SHA-2的产品，但目前在Windows XP（官方已停更）操作系统上仍然只兼容基于SHA-1算法的SSL和代码签名产品。
就在2017年2月23日Google宣布实现了对SHA-1算法的碰撞破解，所以SHA-1算法已经正式被宣布为不安全的算法，主流厂商对自身产品及安全要求都提升至了SHA-2算法。
1.3. SHA-2算法
SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512并称为SHA-2，发布于2001年，目前比较广泛应用的SSL数字证书和代码签名证书签名算法均采用SHA-256算法，相较于SHA-1算法而言，至今SHA-2算法还未被破解，从某种意义上SHA-2延用了SHA-1算法，所以至少发文时间起是安全的。目前顶级CA和Google、苹果等公司都采用基于SHA-256算法作为SSL证书和代码签名证书的主流签名算法。
1.4. SHA-3算法
SHA-3算法正式发布于2015年，SHA-3并不是要取代SHA-2，因为SHA-2目前并没有出现明显的弱点。由于对MD5、SHA-0和SHA-1出现成功的破解，NIST感觉需要一个与之前算法不同的，可替换的加密Hash算法，也就是现在的 SHA-3。
2. DSA数字签名算法
DSA全称Digital Signature Algorithm，DSA只是一种算法，和RSA不同之处在于它不能用作加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名，所以它比RSA要快很多，其安全性与RSA相比差不多。DSA的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的p和q时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还是作了手脚。RSA算法却做不到。
DSA的整个签名算法流程如下：
a. 发送方使用SHA-1和SHA-2编码将发送内容加密产生的数字摘要；
b. 发送方用自己的专用密钥对摘要进行再次加密得到数字签名；
c. 发送方将原文和加密后的摘要传给接收方；
d. 接收方使用发送方提供的密钥对进行解密 ，同时对收到的内容用SHA-1/SHA-2编码加密产生同样的摘要；
e. 接收方再将解密后的摘要和d步骤中加密产生的摘要进行比对，如果两者一至，则说明传输过程的信息没有被破坏和篡改，否则传输信息则不安全。
3. ECDSA椭圆曲线数字签名算法
ECDSA是用于数字签名，是ECC与DSA的结合，整个签名过程与DSA类似，所不一样的是签名中采取的算法为ECC，最后签名出来的值也是分为r,s。而ECC（全称Elliptic Curves Cryptography）是一种椭圆曲线密码编码学。
ECDH每次用一个固定的DH key，导致不能向前保密（forward secrecy），所以一般都是用ECDHE（ephemeral）或其他版本的ECDH算法。ECDH则是基于ECC的DH（ Diffie-Hellman）密钥交换算法。
ECC与RSA 相比，有以下的优点：
a. 相同密钥长度下，安全性能更高，如160位ECC已经与1024位RSA、DSA有相同的安全强度。
b. 计算量小，处理速度快，在私钥的处理速度上（解密和签名），ECC远 比RSA、DSA快得多。
c. 存储空间占用小 ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多， 所以占用的存储空间小得多。
d. 带宽要求低使得ECC具有广泛得应用前景。
下表是ECC和RSA安全性比较
| 攻破时间(MIPS年) | RSA/DSA(密钥长度) | ECC密钥长度 | RSA/ECC密钥长度比 |
|---|---|---|---|
| 104 | 512 | 106 | 5：1 |
| 108 | 768 | 132 | 6：1 |
| 1011 | 1024 | 160 | 7：1 |
| 1020 | 2048 | 210 | 10：1 |
| 1078 | 21000 | 600 | 35：1 |
下表是RSA和ECC速度比较
| 功能 | Security Builder 1.2 163位ECC(ms) |
BSAFE 3.0 1,023位RSA(ms) |
| 密钥对生成 | 3.8 | 4,708.3 |
| 签名 | 2.1(ECNRA) 3.0(ECDSA) |
228.4 |
| 认证 | 9.9(ECNRA) 10.7(ECDSA) |
12.7 |
| Diffie—Hellman密钥交换 | 7.3 | 1,654.0 |
在 ECDHE 密钥交换中，服务端使用证书私钥对相关信息进行签名，如果浏览器能用证书公钥验证签名，就说明服务端确实拥有对应私钥，从而完成了服务端认证。密钥交换和服务端认证是完全分开的。
可用于 ECDHE 数字签名的算法主要有 RSA 和 ECDSA，也就是目前密钥交换 + 签名有三种主流选择：
- RSA 密钥交换（无需签名）；
- ECDHE 密钥交换、RSA 签名；
- ECDHE 密钥交换、ECDSA 签名；
4. 总结
对于SSL数字证书和代码签名证书以及其它非对称加密产品来说，RSA目前普及度最高，以SHA-256签名算法最广，对于更高级基于ECC签名算法是需要对证书请求文件CSR和根证书都有相应的要求。
SHA-2
自2016年1月1日起大多CA已停止签发不安全的SHA-1签名算法，所有CA目前签发的证书都要求基于SHA-2签名算法。
FULL SHA-2
与SHA-2选项类似，FULL SHA-2选项将为您提供相同的SHA-2证书和中间证书，但根证书不再是基于SHA-1而是SHA-2。
ECC-FULL
和“FULL-SHA-2”选项类似，你将需要提供一个基于ECC算法的CSR，同时ECC-HYBRID ECC-HYBRID与ECC-FULL一样，ECC的几种算法都要求根证书是RSA。
参考文献
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- https://segmentfault.com/a/11...
- https://imququ.com/post/ecc-c...
- http://blog.sina.com.cn/s/blo...
- http://blog.csdn.net/xueyepia...
- http://blog.syscallx.com/2016...
- https://zh.wikipedia.org/wiki/SHA-2
- https://zh.wikipedia.org/wiki/SHA-3
- http://blog.csdn.net/zuiyuezh...
- http://blog.csdn.net/u0139915...
- https://technet.microsoft.com/library/security/2880823
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