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數字簽名技術解決醫藥審批論文

摘要：如今新藥的審批需要在國際間進行原始數據的傳輸。傳統審批方式繁瑣且效率低，而利用互聯網傳輸電子文本即可保持數據的安全可靠，又可大大節約人力、物力和財力等。本文介紹了加密和數字簽名算法的基本原理，并結合自己的思想，給出了醫藥審批中電子文本安全傳輸的解決方案。

關鍵詞：數字簽名；加密技術；數字證書；電子文檔；安全問題

Abstract:Today’sapprovalofnewdrugsintheinternationalcommunityneedstocarryouttherawdatatransmission.Thetraditionalwayofexaminationandapprovalredtapeandinefficiency,andtheuseoftheInternettotransmitelectronictextcankeepdatasafeandreliable,butalsogreatlysavemanpower,materialandfinancialresources,andsoon.Inthispaper,encryptionanddigitalsignaturealgorithmofthebasicprinciples,combinedwithhisownideas,givenmedicalapprovalintheelectronictransmissionofthetextofthesecuritysolution.

Keywords:digitalsignature;encryptiontechnology;digitalcertificate;electronicdocuments;securityissues

1引言

隨著我國醫藥事業的發展，研制新藥，搶占國內市場已越演越烈。以前一些醫藥都是靠進口，不僅成本高，而且容易形成壁壘。目前，我國的醫藥研究人員經過不懈的努力，開始研制出同類同效的藥物，然而這些藥物在走向市場前，必須經過國際權威醫療機構的審批，傳統方式是藥物分析的原始數據都是采用紙張方式，不僅數量多的嚇人，而且一旦有一點差錯就需從頭做起，浪費大量的人力、物力、財力。隨著INTERNET的發展和普及，人們開始考慮是否能用互聯網來解決數據傳輸問題。他們希望自己的儀器所做的結果能通過網絡安全傳輸、并得到接收方認證。目前國外針對這一情況已⒘四承┤砑歡捎詡鄹癜汗螅際醪皇嗆艸墑歟勾τ諮櫓そ錐危媸被嶸兜腦潁諍萇偈褂謾U餼透諞揭┭蟹⑹亂敵緯閃思際跗烤保綰慰⒊鍪視櫚南嚶θ砑創俳夜揭┥笈ぷ韉姆⒄咕統閃斯詰那把亓煊潁胰漲骯讜謖夥矯嫻難芯坎皇嗆芏唷?lt;/DIV>

本文闡述的思想：基本上是參考國際國內現有的算法和體制及一些相關的應用實例，并結合個人的思想提出了一套基于公鑰密碼體制和對稱加密技術的解決方案，以確保醫藥審批中電子文本安全傳輸和防止竄改，不可否認等。

2算法設計

2.1AES算法的介紹[1]

高級加密標準（AdvancedEncryptionStandard）美國國家技術標準委員會(NIST)在2000年10月選定了比利時的研究成果"Rijndael"作為AES的基礎。"Rijndael"是經過三年漫長的過程，最終從進入候選的五種方案中挑選出來的。

AES內部有更簡潔精確的數學算法,而加密數據只需一次通過。AES被設計成高速，堅固的安全性能，而且能夠支持各種小型設備。

AES和DES的性能比較：

（1）DES算法的56位密鑰長度太短；

（2）S盒中可能有不安全的因素；

（3）AES算法設計簡單，密鑰安裝快、需要的內存空間少，在所有平臺上運行良好，支持并行處理，還可抵抗所有已知攻擊；

（4）AES很可能取代DES成為新的國際加密標準。

總之，AES比DES支持更長的密鑰，比DES具有更強的安全性和更高的效率，比較一下，AES的128bit密鑰比DES的56bit密鑰強1021倍。隨著信息安全技術的發展，已經發現DES很多不足之處，對DES的破解方法也日趨有效。AES會代替DES成為21世紀流行的對稱加密算法。

2.2橢圓曲線算法簡介[2]

2.2.1橢圓曲線定義及加密原理[2]

所謂橢圓曲線指的是由韋爾斯特拉斯（Weierstrass）方程y2+a1xy+a3y＝x3+a2x2+a4x+a6(1)所確定的平面曲線。若F是一個域，ai∈F,i=1,2,…,6。滿足式1的數偶(x,y)稱為F域上的橢圓曲線E的點。F域可以式有理數域，還可以式有限域GF(Pr)。橢圓曲線通常用E表示。除了曲線E的所有點外，尚需加上一個叫做無窮遠點的特殊O。

在橢圓曲線加密（ECC）中，利用了某種特殊形式的橢圓曲線，即定義在有限域上的橢圓曲線。其方程如下：

y2=x3+ax+b(modp)(2)

這里p是素數，a和b為兩個小于p的非負整數，它們滿足：

4a3+27b2(modp)≠0其中，x,y,a,b∈Fp,則滿足式（2）的點（x,y）和一個無窮點O就組成了橢圓曲線E。

橢圓曲線離散對數問題ECDLP定義如下：給定素數p和橢圓曲線E，對Q=kP,在已知P,Q的情況下求出小于p的正整數k。可以證明，已知k和P計算Q比較容易，而由Q和P計算k則比較困難，至今沒有有效的方法來解決這個問題，這就是橢圓曲線加密算法原理之所在。

2.2.2橢圓曲線算法與RSA算法的比較

橢圓曲線公鑰系統是代替RSA的強有力的競爭者。橢圓曲線加密方法與RSA方法相比，有以下的優點：

（1）安全性能更高如160位ECC與1024位RSA、DSA有相同的安全強度。

（2）計算量小，處理速度快在私鑰的處理速度上（解密和簽名），ECC遠比RSA、DSA快得多。

（3）存儲空間占用小ECC的密鑰尺寸和系統參數與RSA、DSA相比要小得多，所以占用的存儲空間小得多。

（4）帶寬要求低使得ECC具有廣泛得應用前景。

ECC的這些特點使它必將取代RSA，成為通用的公鑰加密算法。比如SET協議的制定者已把它作為下一代SET協議中缺省的公鑰密碼算法。

2.3安全散列函數（SHA）介紹

安全散列算法SHA(SecureHashAlgorithm，SHA)[1]是美國國家標準和技術局的國家標準FIPSPUB180-1，一般稱為SHA-1。其對長度不超過264二進制位的消息產生160位的消息摘要輸出。

SHA是一種數據加密算法，該算法經過加密專家多年來的發展和改進已日益完善，現在已成為公認的最安全的散列算法之一，并被廣泛使用。該算法的思想是接收一段明文，然后以一種不可逆的方式將它轉換成一段（通常更小）密文，也可以簡單的理解為取一串輸入碼（稱為預映射或信息），并把它們轉化為長度較短、位數固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認證代碼）的過程。散列函數值可以說時對明文的一種“指紋”或是“摘要”所以對散列值的數字簽名就可以視為對此明文的數字簽名。

3數字簽名

“數字簽名”用來保證信息傳輸過程中信息的完整和提供信息發送者的身份認證和不可抵賴性。數字簽名技術的實現基礎是公開密鑰加密技術，是用某人的私鑰加密的消息摘要用于確認消息的來源和內容。公鑰算法的執行速度一般比較慢，把Hash函數和公鑰算法結合起來，所以在數字簽名時，首先用hash函數（消息摘要函數）將消息轉變為消息摘要，然后對這個摘

要簽名。目前比較流行的消息摘要算法是MD4,MD5算法，但是隨著計算能力和散列密碼分析的發展，這兩種算法的安全性及受歡迎程度有所下降。本文采用一種比較新的散列算法――SHA算法。

4解決方案：

下面是醫藥審批系統中各個物理組成部分及其相互之間的邏輯關系圖：

4解決方案：

下面是醫藥審批系統中各個物理組成部分及其相互之間的邏輯關系圖：

圖示：電子文本傳輸加密、簽名過程

下面是將醫藥審批過程中的電子文本安全傳輸的解決方案：

具體過程如下：

（1）發送方A將發送原文用SHA函數編碼，產生一段固定長度的數字摘要。

（2）發送方A用自己的私鑰（keyA私）對摘要加密，形成數字簽名，附在發送信息原文后面。

（3）發送方A產生通信密鑰（AES對稱密鑰），用它對帶有數字簽名的原文進行加密，傳送到接收方B。這里使用對稱加密算法AES的優勢是它的加解密的速度快。

（4）發送方A用接收方B的公鑰（keyB公）對自己的通信密鑰進行加密后，傳到接收方B。這一步利用了數字信封的作用，。

（5）接收方B收到加密后的通信密鑰，用自己的私鑰對其解密，得到發送方A的通信密鑰。

（6）接收方B用發送方A的通信密鑰對收到的經加密的簽名原文解密，得數字簽名和原文。

（7）接收方B用發送方A公鑰對數字簽名解密，得到摘要；同時將原文用SHA－1函數編碼，產生另一個摘要。

（8）接收方B將兩摘要比較，若一致說明信息沒有被破壞或篡改。否則丟棄該文檔。

這個過程滿足5個方面的安全性要求：（1）原文的完整性和簽名的快速性：利用單向散列函數SHA－1先將原文換算成摘要，相當原文的指紋特征，任何對原文的修改都可以被接收方B檢測出來，從而滿足了完整性的要求；再用發送方公鑰算法（ECC）的私鑰加密摘要形成簽名，這樣就克服了公鑰算法直接加密原文速度慢的缺點。（2）加解密的快速性：用對稱加密算法AES加密原文和數字簽名，充分利用了它的這一優點。（3）更高的安全性：第四步中利用數字信封的原理，用接收方B的公鑰加密發送方A的對稱密鑰，這樣就解決了對稱密鑰傳輸困難的不足。這種技術的安全性相當高。結合對稱加密技術(AES)和公開密鑰技術(ECC)的優點，使用兩個層次的加密來獲得公開密鑰技術的靈活性和對稱密鑰技術的高效性。（4）保密性：第五步中，發送方A的對稱密鑰是用接收方B的公鑰加密并傳給自己的，由于沒有別人知道B的私鑰，所以只有B能夠對這份加密文件解密，從而又滿足保密性要求。（5）認證性和抗否認性：在最后三步中，接收方B用發送方A的公鑰解密數字簽名，同時就認證了該簽名的文檔是發送A傳遞過來的；由于沒有別人擁有發送方A的私鑰，只有發送方A能夠生成可以用自己的公鑰解密的簽名，所以發送方A不能否認曾經對該文檔進進行過簽名。

5方案評價與結論

為了解決傳統的新藥審批中的繁瑣程序及其必有的缺點，本文提出利用基于公鑰算法的數字簽名對文檔進行電子簽名，從而大大增強了文檔在不安全網絡環境下傳遞的安全性。

本方案在選擇加密和數字簽名算法上都是經過精心的比較，并且結合現有的相關應用實例情況，提出醫藥審批過程的解決方案，其優越性是：將對稱密鑰AES算法的快速、低成本和非對稱密鑰ECC算法的有效性以及比較新的算列算法SHA完美地結合在一起，從而提供了完整的安全服務，包括身份認證、保密性、完整性檢查、抗否認等。

參考文獻：

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9．顧婷婷，《AES和橢圓曲線密碼算法的研究》。四川大學碩士學位論文，【館藏號】Y4625892002。