什么是数字签名？加密货币指南

数字签名是一种加密机制，它使用私钥来签署数字文档或交易，生成一个独特代码，证明签名者的身份，并确认内容自签名以来未被篡改。可以将其想象成信件上一个防篡改的火漆印章：它证明信件来自你，并且自你密封以来未被打开或更改，但它使用的是先进数学而非火漆。

每个比特币交易、每个 NFT 转账以及每份数字签名的法律合同都依赖于这种机制。

什么是数字签名？（简单来说）

您已经了解手写签名的作用：它可以识别您的身份并代表您的同意。数字签名也起到同样的作用，但它提供了笔和纸所无法提供的数学保障。

手写签名可以被伪造。有人可以跟单你的笔画，在你签署最后一页后，页面可能会被替换。数字签名解决了这两个问题。它在数学上与文档的准确内容绑定，因此签署后的任何更改（哪怕只是修改一个字符）都会使其失效。由于它是使用只有你持有的唯一私钥生成的，在没有该私钥的情况下不可能生成有效的签名。

各项技术标准中对数字签名的定义非常精确：它是一种使用私钥生成的加密代码，用以验证签署者的身份，并确认数字文档或信息在签署后未被修改。在技术层面深入理解数字签名的含义，而非将其与简单的打字姓名混为一谈，是区分可靠安全态势与虚假安全态势的关键。

每一个数字签名都具备三个核心属性：

数字签名的三大核心属性

• 身份验证： 证明文件来自声称的发送者，而非冒充者
• 数据完整性： 证明内容自签署那一刻起未被更改
• 不可否认性： 签署者事后无法否认签署行为，因为只有其私钥才能生成该特定签名

不可否认性就像一份挂号信回执一样。一旦签名被记录在案，并且生成该签名的私钥在数学上与您相关联，您之后就不能声称不是您签的。

以下是数字签名运作方式的详细步骤。

数字签名是如何运作的？

数字签名的运作包含三个步骤：首先对文件进行哈希处理，接着使用私钥对该哈希值进行签名，最后由接收者使用公钥验证该签名。

简要流程：

["第一步：散列文件","第二步：使用私钥签名散列","第三步：使用公钥验证签名"]

以下对每个步骤进行了说明。

了解公钥加密技术

公钥密码学（也称为非对称密码学）是实现数字签名的数学系统。由 Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 于 1976 年开发。该系统生成两个数学上相互关联的密钥：一个只有您自己持有的私钥，以及一个您可以自由分享给任何人的公钥。

你可以把它想象成一个邮箱：任何人都可以通过公共插槽投信，但只有持有私钥的人才能打开邮箱。在数字签名中，操作略有不同。你使用私钥来签名，而任何持有公钥的人都可以验证该签名。

步骤 1: 创建文档的哈希

在创建数字签名之前，文档会经过一个哈希函数，这是一个数学过程，将整个文档转换成一个唯一的、固定长度的字符组成的字符串，称为哈希（hash）或摘要（digest）。SHA-256（安全哈希算法256位），由NIST根据FIPS 180-4标准制定，是最广泛使用的例子，也是比特币所使用的算法。

哈希函数具有三个特性，使其成为数字签名的理想选择：

• 确定性： 相同的文件始终生成相同的哈希值
• 单向性： 您无法通过反向推导哈希值来恢复原始文件
• 雪崩效应： 即便只更改文件中的一个字符，也会产生完全不同的哈希值

将哈希想象成指纹：正如指纹可以在不透露一个人所有信息的情况下唯一标识该人，哈希也可以在不透露文档全部内容的情况下唯一标识该文档。有一点需要直接说明：哈希不是加密。加密可以使用密钥还原；而哈希在设计上是不可逆的。在理解数字签名与加密消息的区别时，这种区分至关重要。

第 2 步：使用私钥为哈希签名

您的私钥，一个仅您知晓的独特秘密字符序列，是生成数字签名的工具。您的签名软件会获取第一步生成的哈希值，并使用您的私钥对其进行加密。该加密的结果就是数字签名。

您的私钥就像是只有您才拥有的、独一无二的实体印章或印记：任何人都可以看到它盖过的印记，但只有您才能盖章。数字签名随后会被附加到文件上，并传输给接收者。

安全性影响是直接的：谁持有私钥，谁就控制了数字签名。在加密货币中，您的加密货币钱包存储您的私钥（而非加密货币本身，加密货币存在于区块链上），并在您每次授权交易时使用它来创建数字签名。

第 3 步：使用公钥验证签名

接收者使用您的公钥验证签名，公钥是您私钥的可共享对应部分，可自由分发且没有任何安全风险。验证过程如下：

1. 接收者使用您的公钥来解密数字签名，从而还原原始哈希
2. 接收者对收到的文件独立运行相同的哈希函数，生成一个新的哈希
3. 对比这两个哈希

如果两者匹配，则签名有效：文档是真实的，并且自您签署以来未被篡改。如果不匹配，则说明文档在签名后被篡改，或者签名是伪造的。接收者可以从受信任第三方颁发的数字证书中获取您的公钥，这将在有关获取数字签名的章节中讨论。

密钥对摘要

• 私钥 = 签名（创建签名）
• 公钥 = 验证（检查签名）
• 私钥是秘密的。公钥是公开共享的。

数字签名 vs. 加密 加密保护内容：它会将数据进行混淆，使只有授权方才能读取（机密性）。 数字签名证明是谁发送了内容，并且内容未被更改。它不会隐藏或混淆任何内容（真实性和完整性）。 文件可以同时被加密和数字签名。它们是用于不同目的的不同工具。

其运作方式现在已经清楚了。数字签名与你可能已经熟悉的电子签名有何不同，将是下一节讨论的主题。

数字签名 vs. 电子签名：有何区别？

不是。数字签名与电子签名并不相同，尽管在日常对话中这两个术语经常互换使用。

电子签名是一个广泛的法律范畴，涵盖了任何附着于记录并意图签名的电子符号、声音或流程。这包括在表单字段中输入您的姓名、点击“我同意”复选框、在触摸屏上绘制签名，以及数字签名。根据此定义，所有数字签名都符合电子签名的范畴。

数字签名是一种特定类型的电子签名，它使用公钥加密和哈希函数来通过加密方式验证身份和文档的完整性。两者的核心区别在于：所有的数字签名都是电子签名，但并非所有的电子签名都是数字签名。在 DocuSign 字段中输入的姓名属于电子签名。而使用来自证书颁发机构的 X.509 证书签署的 PDF 则属于数字签名。

一个值得澄清的相关区别是：数字证书不同于数字签名。您可以将数字证书设想为您的身份证，它证明了您的身份并包含您的公钥。数字签名则是使用由该身份证件确认的身份进行签名的行为。公钥基础设施（PKI），即负责颁发和管理数字证书的可信组织系统，是使整个验证链能够大规模运行的关键。

传统的湿式签名（即纸质墨水签名）容易被伪造，无法绑定到文档内容，并且需要本人到场。数字签名未经私钥无法伪造，在密码学上与确切的文档内容绑定，并且以数字形式跨越任何距离生效。

数字签名的实际应用远不止于文档签名。

数字签名有什么用？

数字签名用于验证身份、保护交易安全以及确认文档完整性，涵盖加密货币、法律合同、电子邮件通信、软件分发和政府服务领域。

加密货币和区块链中的数字签名

在区块链技术中，数字签名是授权每一笔交易并证明只有合法所有者发起转账的基本安全机制。区块链是一个分布式、不可篡改的交易账本，在计算机网络中维护。提交到区块链的每笔交易在网络接受并记录之前，都必须经过数字签名。

实际运作方式如下：当您发送加密货币时，您的加密货币钱包会使用您的私钥创建一个数字签名，以授权该笔特定交易。区块链网络随后会使用您的公钥验证该签名。只有在签名有效的情况下，交易才会继续进行，并被永久记录在链上。

Bitcoin 使用 Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) 和 secp256k1 椭圆曲线来进行所有交易签名。你的加密货币钱包存储的是你的私钥，而不是加密货币本身（加密货币作为记录存在于区块链上），并在你每次授权转账时自动生成签名。与 DeFi 协议或 NFT 市场的每一次互动都是这样操作的：你的钱包使用私钥对交易进行签名，从而触发智能合约。

安全隐患是直接的：你无法花费他人的加密货币，因为你没有他们的私钥，因此无法为他们的钱包地址生成有效的数字签名。

数字签名用于法律文件和合同

数字签名用于保护法律文件、合约、政府表格、财务记录和医疗保健文件。它们提供了具有防篡改功能、且具备法律效力的记录，能够确切追踪签署人、签署内容以及签署时间。

Adobe Acrobat Sign 和 DocuSign（当结合数字证书而非基本电子签名使用时）等平台会对 PDF 应用加密数字签名。签署后的 PDF 会嵌入签署者的证书和文档内容的哈希值。签署后发生的任何更改（哪怕只是调整一个词）都会产生不同的哈希值，从而导致签名失效，并在 Adobe Acrobat 中触发警告。每一份经过数字签名的文档都带有防篡改的审计轨迹，记录了签署的时间和人员。根据美国的《电子签名法案》(ESIGN Act)，这些签名具有法律约束力，下文将对此进行详细说明。

电子邮件和软件中的数字签名

Microsoft Outlook 和 Apple Mail 等电子邮件客户端通过 S/MIME（安全/多用途互联网邮件扩展）证书支持数字签名。经数字签名的电子邮件可证明邮件确实来自所声称的发送者，且在传输过程中未被篡改，从而防范电子邮件欺诈和网络钓鱼。软件发行商出于同样的目的使用代码签名证书：为代码签名证明了自发行商发布以来，代码未被篡改，从而防止恶意软件被植入正规的软件分发中。

数字签名与 NFT 所有权

非同质化代币 (NFT) 是一种独特的数字代币，它存在于区块链上，代表对特定数字物品（如艺术品、音乐或收藏品）的所有权，而数字签名则证明该所有权并授权其转让。

当NFT被铸造时，创作者的数字签名会被记录在区块链上作为初始记录，确立了溯源性。当NFT被出售或转移时，当前所有者的数字签名将授权该转移。没有数字签名，就无法获得谁拥有NFT的加密证明，也无法证明任何转移动都获得了合法所有者的授权。数字签名通过以下方式证明您拥有NFT: 您的私钥在转账时生成了记录在链上的签名，而只有您的私钥才能生成该签名。

生成这些签名的算法因具体情况而异。理解它们可以解释为何不同平台会做出不同的技术选择。

数字签名算法类型

用于数字签名的三个主要算法是RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）以及DSA（数字签名算法）。每种算法都采用不同的数学方法，但都能生成密码学上安全的签名。NIST（美国国家标准与技术研究院）的数字签名标准（FIPS 186-5）正式将这三种算法指定为已批准的算法。

RSA（Rivest-Shamir-Adleman）

RSA 以其发明者 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 的名字命名（他们在 1977 年开发了该算法），是企业和网络安全领域部署最广泛的数字签名算法。其安全性建立在对大素数进行因式分解的数学难度之上。RSA 是电子邮件安全 (S/MIME)、PDF 文档签名以及网络上 TLS/SSL 证书签名的标准算法。目前的安全性标准要求最小密钥大小为 2,048 位。其代价是体积：在提供同等安全性的情况下，RSA 所需的密钥比 ECDSA 大得多，这使得它在区块链用途中的效率较低，但在传统企业环境中仍占据主导地位。

ECDSA (椭圆曲线数字签名算法)

ECDSA，全称椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm），是比特币、以太坊以及大多数主流区块链平台用于授权交易的核心算法。其效率是备受青睐的原因。ECDSA 是 DSA 的变体，利用椭圆曲线数学生成与 RSA 相比更小、更快且同样安全的签名。

比特币使用带 secp256k1 椭圆曲线的 ECDSA。比特币的 256 位 ECDSA 密钥提供的安全性相当于 3,072 位 RSA 密钥，而存储和处理成本却大大降低。更小的签名和更小的密钥降低了区块链网络中每个节点的开销，这就是为什么区块链平台选择 ECDSA 而不是 RSA。

ECDSA 仅是一种签名算法。不应将其与 ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman) 混淆，后者是建立在相同数学基础之上，但用途完全不同的密钥交换协议。

DSA (数字签名算法)

DSA，即数字签名算法，是美国国家标准与技术研究院 (NIST) 于 1991 年制定的政府标准，主要用于传统的政府和企业系统中。其安全性基于离散对数问题。与 RSA 和 ECDSA 相比，DSA 在现代商业或区块链应用中的使用较少。ECDSA 实质上是 DSA 的一个变体，为椭圆曲线数学重新设计，实现了相同的签名功能，但效率大大提高。

对于大多数专业和法律用途，最重要的问题是数字签名在法庭上是否有效。

数字签名是否具有法律约束力？

是的，数字签名在美国、欧盟以及全球大多数其他主要司法管辖区都具有法律约束力且可强制执行。

*此部分信息仅供教育目的，并反映了发布日期时的普遍法律框架。它不构成法律建议。如需针对您的司法管辖区、文件类型或组织要求获得具体指导，请咨询合格的法律专业人士。

ESIGN法案 (美国)

《全球及国家商业电子签名法案》（ESIGN法案，美国法典第15编§7001），于2000年6月30日签署成为法律，规定电子签名（包括加密数字签名）不得仅因其为电子形式而被否认法律效力。

根据《电子签名法》（ESIGN Act），数字签名若要具有法律效力，必须满足三个条件：

1. 签署意向： 签署人必须具有认证该文件的明确意向
2. 同意电子交易： 各方必须同意以电子方式开展交易
3. 与记录的关联： 签名必须在逻辑上与所签署的文件相关联

《电子签名法》广泛适用于商业交易。某些类型的文件不在此法管辖范围内，包括遗嘱、收养文件、某些法院命令以及一些政府文件。

在ESIGN法案所认可的广泛电子签名类别中，数字签名在法律纠纷中提供了最高级别的保证和最有力的不可否认性证据。数字签名所具有的不可否认性属性，即只有私钥持有者才能生成此签名的数学证明，是其在签名受到质疑时具有更优越法律地位的基础。

eIDAS法规 (欧洲联盟)

电子身份、认证和信任服务法规”（简称 eIDAS，欧盟法规 910/2014），自 2016 年起生效，通过一个三层系统管辖欧盟所有成员国的电子和数字签名。

这三个等级分别是：

["简易电子签名 (SES)：基础级别，涵盖输入姓名、扫描签名以及其他表明意图的简单电子标识。","进阶电子签名 (AdES)：通过密码学与签名人关联；签名后任何篡改都可被检测到。","合格电子签名 (QES)：最高级别，需要来自经认可的信任服务提供商的合格数字证书；在所有欧盟成员国均具有与手写签名完全相同的法律效力。"]

QES 明确要求使用密码学数字签名机制。简单的“点击签名”并不符合要求。eIDAS 适用于欧盟各成员国；英国在脱欧后也拥有其同等的框架。eIDAS 2.0 目前正在开发中，预计将引入欧洲数字身份钱包（European Digital Identity Wallet）框架。

法律框架已明确数字签名是否有效。接下来需要理解的是它们所保护的内容，这将把我们引向更广泛的数字资产生态系统。

数字签名与数字资产

數字資產是任何以數字形式存在並具有價值的資產，包括比特幣等加密貨幣、非同質化代幣 (NFTs)、代幣化證券、數字合同、軟件許可證和數字媒體。

数字资产的示例包括：

• 加密货币 (比特币、以太币、稳定币)
• 非同质化代币 (NFT) 代表数字艺术、音乐、收藏品和游戏内道具
• 代币化现实世界资产： 以区块链代币形式呈现的房地产、股票、大宗商品和其他金融工具
• 数字文件和合同： 电子形式的具法律约束力的协议
• 软件许可证 通过加密凭证进行验证
• 数字媒体 具有区块链记录的所有权

没有数字签名，就无法可靠地证明谁拥有加密货币，谁授权了NFT的转账，或者数字合同是否真实有效。数字签名是基础的身份验证和所有权验证机制，它使得数字资产值得信赖。

概括上述机制如何适用于整个数字资产领域：

• 加密货币： 每笔交易均由发送者钱包私钥的数字签名进行授权；网络在记录转账前会验证该签名
• NFT： 所有权在铸造时由创建者的链上数字签名确立；每次转账都需要当前所有者的数字签名作为授权
• 智能合约： 与 DeFi 协议或 NFT 市场的每一次交互都需要一个触发合约的数字签名交易
• 数字文档： 通过基于 PKI 的数字签名进行身份认证，将签名者经验证的身份与文档内容绑定

数字签名也支撑着代币化（将现实世界资产表示为区块链代币的过程），确保每一个代币的发行和转移都带有可验证的授权证明。

本文提及的比特币、以太币或其他加密货币，仅为说明之目的，并不构成任何购买、出售或持有数字资产的建议。

鉴于数字签名承载了许多重要功能，人们自然会想知道它们到底有多安全。

数字签名安全吗？

是的，如果实施得当，数字签名是安全的。它们的安全性取决于两大支柱：加密算法的数学强度和私钥的保密性。

支柱 1：算法强度。 现代 256 位密钥的 ECDSA 和 2,048 位或更大密钥的 RSA 在当前或不久的将来的计算技术下，在计算上是无法破解的。在没有私钥的情况下，通过暴力破解其中任何一种算法都不是一种切实可行的攻击。NIST 会积极监控这些标准，并随着计算能力的提升更新建议。

支柱 2：私钥安全。 数字签名的安全性完全取决于私钥的安全性。真正的安全风险不在于算法，而在于私钥泄露。如果没有签名者的私钥，正确实施的数字签名是无法被伪造的。只要私钥保持机密，签名在数学上就是唯一的，且无法被复制。

私钥泄露的后果因具体情况而异：

• 在 PKI/文件上下文中： 任何拥有您私钥的人都可以冒充您签署文件。请立即向您的证书颁发机构 (CA) 报告该泄露事件。CA 将吊销您的数字证书，使您使用被泄露密钥生成的未来签名失效。吊销时间戳之前的签名仍然有效；之后生成的签名则存疑。
• 在加密货币上下文中： 任何拥有您私钥的人都可以动用您的资金。在去中心化区块链系统中，不存在撤销机制。如果控制加密货币钱包的私钥被盗，窃贼转移的任何资金都将丢失，且该转移是不可逆转的。

保护您的私钥的实际步骤：

• 将私钥存储在硬件钱包或安全的密钥管理系统中，而不是纯文本文件或浏览器存储中
• 无论如何都不要与任何人分享或暴露您的私钥
• 如果您怀疑证书已被泄露，请撤销您的数字证书并立即申请新的证书

后量子密码学研究正在进行中。目前的量子计算机无法破解 ECDSA 或 RSA，但随着技术的进步，这种情况可能会发生变化。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 正在积极开发后量子加密标准，以应对这一长期考量。

如何获取数字签名

获取数字签名取决于您所处的场景。无论您是需要签署法律文件还是授权区块链交易，其流程都会有所不同。

背景 1：文件与专业数字签名

获取用于文档签名的数字签名需要来自证书颁发机构 (CA) 的数字证书，而证书颁发机构是一个验证您的身份并颁发证书的可信组织。步骤：

1. 选择证书颁发机构或集成平台。 DigiCert、Sectigo、GlobalSign 以及其他广泛使用的 CA 提供各种保证级别的证书。Adobe Acrobat Sign 和 DocuSign 还为文档工作流程提供集成证书服务。
2. 验证您的身份。 CA 会执行身份认证。流程因所需的保证级别而异；保证级别更高的证书会涉及更严格的审查。
3. 接收您的数字证书。 CA 会以 X.509 格式颁发证书。此证书包含您的公钥、您经核实的身份信息以及 CA 自身认可其有效性的数字签名。将此证书视为您的身份证：它证明您的身份。数字签名是使用该身份证确认的身份进行的签名行为。
4. 在签名软件中使用。 将证书安装到 Adobe Acrobat、Microsoft Office、DocuSign 或同等的签名软件中。然后，您就可以为任何支持的文档应用数字签名了。

两点操作提示：证书设有有效期，并且必须在到期前更新。若私钥遭到泄露，CA 也能撤销证书，这是公钥基础设施（PKI）模型相较于纯粹去中心化方法的一个优势。

对于 PDF 签名：一旦您安装了证书，请使用 Adobe Acrobat 的签名工具进行应用。签名后的 PDF 将嵌入您的证书和文档内容的哈希值，从而锁定文件以防止签名后被更改。

背景 2：加密货币与区块链数字签名

如果您已经拥有加密货币钱包（如 MetaMask、Ledger 硬件钱包或 Coinbase Wallet），您就已经具备了数字签名功能。当您授权区块链交易时，您的钱包软件会自动使用您的私钥来创建数字签名。不需要额外的证书或证书颁发机构（CA）。区块链网络将通过与您的钱包地址相关联的公钥来处理验证工作。

欲了解更多有关数字资产如何受到保护和转移的信息，请参阅我们的区块链基础指南。

有关数字签名的常见问题解答

什么是数字签名，它是如何运作的？

数字签名是一种加密机制，它使用私钥生成一个独特的代码，证明签名者的身份，并确认文件自签名以来未被篡改。其工作过程包含三个步骤：首先，文件使用哈希函数被转换为一个哈希值；接着，签名者的私钥将该哈希值加密，生成数字签名；然后，接收者使用签名者的公钥解密签名，并将其恢复的哈希值与收到的文件的新哈希值进行比较。哈希值匹配即确认了真实性和完整性。

数字签名与电子签名有何区别？

电子签名是一个广泛的法律范畴，包括任何表示签名意图的电子方法，从键入的姓名到点击的复选框，再到加密签名。数字签名是一种特定类型的电子签名，它使用公钥加密技术，通过数学方式验证签名者的身份，并检测签名后是否有任何篡改。所有的数字签名都是电子签名，但并非所有的电子签名都是数字签名。

数字签名具有法律效力吗？

是的，数字签名具有法律约束力。在美国，《全球和国家电子商务电子签名法》（ESIGN法案，15 U.S.C. § 7001）规定，电子签名（包括数字签名）不得仅仅因为其为电子形式而被否定法律效力。在欧盟，eIDAS（欧盟条例910/2014）赋予最高级别的合格电子签名在所有欧盟成员国中与手写签名完全同等的法律地位。

数字签名会被伪造吗？

不行，除非能访问签名者的私钥。在现有技术条件下，没有私钥就无法在计算上破解底层的ECDSA或RSA算法。真正的安全风险不在于算法破解，而在于私钥被盗。如果有人获得了您的私钥，他们便能生成看似合法的签名。因此，私钥的保密性是数字签名安全的全部基础。

比特币在数字签名方面使用哪种加密算法？

比特币使用椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和 secp256k1 椭圆曲线来授权所有比特币交易。选择 ECDSA 是因为它 256 位的密钥提供的安全性相当于 3,072 位的 RSA 密钥，而体积却小得多，从而降低了比特币网络中每个节点的存储和处理开销。

什么是数字签名证书？

数字签名证书（也称为数字证书或 X.509 证书）是由证书颁发机构颁发的文档，其中包含持有者的公钥，并将其与已验证的身份绑定。当您对文档进行数字签名时，您的证书会随签名一起传输，以便接收者可以使用 CA 认可的公钥验证您的身份。数字证书不是数字签名；证书是实现验证的身份凭证，而签名是使用您的私钥执行的密码学操作。

谁颁发数字签名？

证书颁发机构 (CAs) 颁发用于启用数字签名的数字证书。CA 是一个受信任的机构，负责核实申请者的身份，并颁发一份将其身份与公钥绑定的证书。著名的 CA 包括 DigiCert、Sectigo（前身为 Comodo CA）、GlobalSign 和 IdenTrust。CA 负责颁发证书；而签名者则使用自己的私钥创建每一个独立的数字签名。

数字签名有哪三种类型？

数字签名可通过两种方式分类。按算法：RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）和DSA（数字签名算法）。按欧盟 eIDAS 法规下的法律保障级别：简易电子签名（SES）、高级电子签名（AdES）和认证电子签名（QES）。QES 级别特别要求有经认可的证书颁发机构支持的加密数字签名机制。