命名数据网络 | 签名（Signature）

命名数据网络 | 签名（Signature）

数据包中的签名

NDN 数据包签名（即数据包最后的 DataSignature 元素）定义为两个连续的 TLV 元素：SignatureInfo 和 SignatureValue。

DataSignature = SignatureInfo SignatureValueSignatureInfo = SIGNATURE-INFO-TYPE TLV-LENGTHSignatureType[KeyLocator]SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPE TLV-LENGTH *OCTET

SignatureInfo 元素完整地描述了所使用的数字签名算法以及用于定位其父证书（如 KeyLocator）的任何其他相关信息。

SignatureValue 元素保存签名的实际位。该元素的 TLV-VALUE 的确切编码取决于具体的签名类型。具体请参见 不同类型的签名。

SignatureValue 中包含的加密签名涵盖了数据包中的所有 TLV 元素，从 Name 开始，直到 SignatureValue，但不包括 SignatureValue。这些 TLV 元素在此被称为数据包的“签名部分”。

兴趣包中的签名（InterestSignature）

NDN 兴趣报文签名定义为两个连续的 TLV 元素：InterestSignatureInfo 和 InterestSignatureValue。

InterestSignature = InterestSignatureInfo InterestSignatureValueInterestSignatureInfo = INTEREST-SIGNATURE-INFO-TYPE TLV-LENGTHSignatureType[KeyLocator][SignatureNonce][SignatureTime][SignatureSeqNum]InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPE TLV-LENGTH *OCTET

InterestSignatureInfo 元素完整地描述了所使用的数字签名算法以及用于定位其父证书（如 KeyLocator）的任何其他相关信息。为了确保带签名的 Interest 包的唯一性并减轻潜在的重放攻击（replay attack），InterestSignatureInfo 元素应该至少包括以下元素之一：SignatureNonce、SignatureTime、SignatureSeqNum。

InterestSignatureValue 元素保存签名的实际位。该元素的 TLV-VALUE 的确切编码取决于具体的签名类型。具体请参见 不同类型的签名。

包含在 InterestSignatureValue 中的加密签名涵盖了 Interest 包的 Name 元素中所有的 NameComponent 元素，但不包括 ParametersSha256DigestComponent，以及从 ApplicationParameters 开始的完整 TLV 元素，但不包括 InterestSignatureValue。这些 TLV 元素在此被称为 Interest 包的“签名部分”。

签名中的元素

SignatureType

SignatureType = SIGNATURE-TYPE-TYPE TLV-LENGTH NonNegativeInteger

NDN 规范定义了 SignatureType 的以下值：

Value	Reference	Description
0	DigestSha256	使用 SHA-256 摘要的完整性保护
1	SignatureSha256WithRsa	在 SHA-256 摘要上使用 RSA 签名的完整性和来源保护
3	SignatureSha256WithEcdsa	在 SHA-256 摘要上使用 ECDSA 签名的完整性和来源保护
4	SignatureHmacWithSha256	使用基于 SHA-256 哈希的消息身份验证代码的完整性和来源保护
5	SignatureEd25519	使用 Ed25519 签名的完整性和来源保护
2、6-200		留作日后使用
>200		未赋值的

KeyLocator

KeyLocator 指定指向包含证书或公钥的另一个数据包的 Name，或者指定标识特定信任模型中的公钥的 KeyDigest。

注意，虽然 KeyLocator 在 SignatureInfo 和 InterestSignatureInfo 中被定义为可选字段，但是特定的签名类型可能需要它的存在或不存在。

KeyLocator = KEY-LOCATOR-TYPE TLV-LENGTH (Name / KeyDigest)KeyDigest = KEY-DIGEST-TYPE TLV-LENGTH *OCTET

有关 Name 元素的定义，请参阅 Name。

在 KeyLocator 字段中正确使用 Name 和 KeyDigest 选项的具体定义不在本规范的范围之内。一般情况下，Name 为包含相应 证书 的数据包命名。但是，该名称是数据包的全称还是可以匹配多个数据包的前缀，由具体的信任模型来定义。例如，分层信任模型 使用后一种方法，要求客户端获取 KeyLocator 所指向的数据包的最新版本（公钥证书的最新版本），以确保公钥尚未被撤销。

SignatureNonce

SignatureNonce = SIGNATURE-NONCE-TYPE TLV-LENGTH 1*OCTET

SignatureNonce 元素增加了额外的保证，确保签名是唯一的。

SignatureNonce 元素的推荐最小长度为 8 个字节。

SignatureTime

SignatureTime = SIGNATURE-TIME-TYPE TLV-LENGTH NonNegativeInteger

SignatureTime 元素的值是签名的时间戳，表示自1970-01-01T00:00:00Z （Unix 时代）以来的毫秒数。此元素可用于指示在特定时间点对数据包进行了签名。

SignatureSeqNum

SignatureSeqNum = SIGNATURE-SEQ-NUM-TYPE TLV-LENGTH NonNegativeInteger

SignatureSeqNum 元素为签名的唯一性增加了额外的保证。

SignatureSeqNum 可以用来防止重放攻击（replay attack）。

不同类型的签名

每种签名类型对其 SignatureInfo 和 InterestSignatureInfo 元素的格式有不同的要求。在以下各节中，这些要求是在两个方面指定的：

• SignatureType 的 TLV-VALUE
• 是否需要/禁止 KeyLocator

DigestSha256

DigestSha256 不提供有关数据包来源的信息，也不保证数据包来自原始来源。此签名类型仅用于调试目的，并且仅在传输过程中需要防止意外修改的有限情况下使用。

DigestSha256 被定义为 Interest 包或数据包的“签名部分”的 SHA-256 哈希：

• SignatureType 的 TLV-VALUE 为 0。
• 禁止 KeyLocator。如果存在，则必须忽略它。

SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH ; == 3232OCTET ; == SHA-256{Data signed portion}InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH ; == 3232OCTET ; == SHA-256{Interest signed portion}

SignatureSha256WithRsa

SignatureSha256WithRsa 定义了一个 RSA 公钥签名，该签名是根据 Interest 包或数据包的“签名部分”的 SHA-256 哈希计算的。它使用 RFC 8017, Section 8.2 定义的 RSASSA-PKCS1-v1_5 签名方案。

• SignatureType 的 TLV-VALUE 为 1。
• KeyLocator 是必需的。

SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH1*OCTET ; == RSA over SHA-256{Data signed portion}InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH1*OCTET ; == RSA over SHA-256{Interest signed portion}

这些元素的 TLV-LENGTH 取决于用于签名的私钥的长度（例如，2048 位密钥为 256 字节）。

如果经过验证，这种类型的签名提供了非常强有力的保证，即数据包是由声称的生产者创建的（身份验证/来源），并且在传输过程中没有被篡改（完整性）。

KeyLocator 中的 KeyDigest 选项定义为 RFC 3279 定义的 RSA 密钥的 SubjectPublicKeyInfo 的 DER 编码上的 SHA-256 摘要。

应用程序有责任定义有关何时授权特定发行者（KeyLocator）签署特定数据包的规则（信任模型）。虽然信任模型不在本规范的范围之内，但通常情况下，信任模型需要在密钥名和数据包名之间指定授权规则，并明确定义信任锚。例如，应用程序可以选择使用 分层信任模型 来确保数据完整性和来源。

SignatureSha256WithEcdsa

SignatureSha256WithEcdsa 定义了一个 ECDSA 公钥签名，该签名是根据 Interest 包或数据包的“签名部分”的 SHA-256 哈希计算的。该签名算法在 RFC 5753, Section 2.1 中定义。所有 NDN 实现都必须支持该签名类型和 NIST P-256 曲线。

• SignatureType 的 TLV-VALUE 为 3。
• KeyLocator 是必需的。

SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH1*OCTET ; == ECDSA over SHA-256{Data signed portion}InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH1*OCTET ; == ECDSA over SHA-256{Interest signed portion}

这些元素的 TLV-LENGTH 取决于用于签名的特定椭圆曲线（例如，NIST P-256 曲线最多为 72 字节）。

如果经过验证，这种类型的签名提供了非常强有力的保证，即数据包是由声称的生产者创建的（身份验证/来源），并且在传输过程中没有被篡改（完整性）。KeyLocator 中的 KeyDigest 选项被定义为 RFC 5480 定义的 EC 密钥的 SubjectPublicKeyInfo 的 DER 编码的 SHA-256 摘要。

SignatureSha256WithEcdsa 的 SignatureValue 值是一个 DER 编码的 Ecdsa-Sig-Value 结构，在 RFC 3279, Section 2.2.3 中定义。

SignatureHmacWithSha256

SignatureHmacWithSha256 定义了一个基于哈希的消息身份验证码（HMAC），使用 SHA-256 作为哈希函数，使用共享密钥进行加密，计算 Interest 包或数据包的“签名部分”。该签名算法在 RFC 2104, Section 2 中定义。

注意，正如 RFC 2104, Section 3 所述，强烈建议使用短于 SHA-256 输出长度（32 字节）的共享密钥。

• SignatureType 的 TLV-VALUE 为 4
• KeyLocator 是必需的

SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH ; == 3232OCTET ; == HMAC-SHA-256{Data signed portion}InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH ; == 3232OCTET ; == HMAC-SHA-256{Interest signed portion}

如果签名经过验证，这种类型的签名可以确保数据包的真实性，即它是由拥有共享密钥的一方签名的，并且在传输过程中没有被更改（完整性）。用于生成 HMAC 签名的共享密钥可以通过 KeyLocator 元素来识别，例如，根据应用程序的命名约定使用 Name。将共享密钥与持有共享密钥的各方的身份相关联是应用程序的责任。

注意，共享密钥不包含在签名中，也不能包含在数据包中的任何地方，因为这会使 HMAC 的安全属性失效。

SignatureEd25519

SignatureEd25519 定义了一个 Ed25519 公钥签名，该签名在 Interest 包或数据包的“签名部分”上进行计算。该签名算法在 RFC 8032, Section 5.1 中定义。

• SignatureType 的 TLV-VALUE 为 5
• KeyLocator 是必需的

SignatureValue = SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH64OCTET ; == Ed25519{Data signed portion}InterestSignatureValue = INTEREST-SIGNATURE-VALUE-TYPETLV-LENGTH64OCTET ; == Ed25519{Interest signed portion}

如果经过验证，这种类型的签名提供了非常强有力的保证，即数据包是由声称的生产者创建的（身份验证/来源），并且在传输过程中没有被篡改（完整性）。KeyLocator 中的 KeyDigest 选项定义为 RFC 8410, Section 4 定义的 Ed25519 密钥的 SubjectPublicKeyInfo 的 DER 编码上的 SHA-256 摘要。