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可信时间戳如何确保数字签名的可验证性

签名是一种承诺。证书是一份租赁合同。时间戳则是当承诺作出时在场见证的见证人。

2034 · DISCOVERY

一份于2027年签署的合同在诉讼中被披露,对方聘请的专家已将其提交给验证器进行验证。其加密机制无可挑剔:哈希值匹配,签名验证通过。

但该签名证书的有效期至2028年,而一个以当下时刻为锚点的验证器会针对当下提出一个问题:该证书今天是否有效?

不。当然不是。这本来就不可能发生。

真正关键的问题在于:在签署的瞬间,该证书是否有效?关于这个问题,签名本身并未提供任何信息。必须有其他证据来证明这一点。

数字签名可以揭示文件的签署者是谁,以及文件内容是否发生过变更。但当一份文件在数年后再次出现,而原始证书已过期时,一个更棘手的问题便随之而来:

该组织能否证明该签名是在签名证书仍处于有效期内时存在的?

证书会过期,有些甚至会更早被撤销。签名本身在加密层面上可能依然完好无损,自生成那一刻起便未曾被篡改。然而,如果没有关于该时刻发生时间的可靠证据,未来的验证者可能无法确定该证书在签名时是否有效。

一个可信的时间戳能够保留那个缺失的瞬间。通过将签名与可独立验证的时间绑定,它提供了该签名在特定时间点之前就已存在的证据。正如 RFC 3161 本身所指出的,此类证据有助于证明该签名是在相应证书被吊销之前生成的。结合证书的有效期,这支持了以下结论:该签名是在证书仍可被信赖期间生成的。

对于那些需要确保签名记录的有效期超过证书有效期的组织而言,时间戳远不止是一项技术改进。它保存了签名背后的证据,使信任得以跨越时间延续下去。

重要区别

可信时间戳不会续期证书、阻止证书过期、修复无效签名,也不会保证每个签名将永远有效。根据签名格式、保留期限和验证策略的不同,可能还需要保留证书、吊销状态以及其他归档时间戳。

数字签名能回答“谁”和“什么”,但不能回答“何时”。

基于证书的数字签名通常提供两项核心保障:

  • 签名者身份验证。它将签名与签名者证书关联的私钥联系起来。
  • 文档完整性。它使验证者能够检测到已签名的内容在签名后是否发生了更改。

功能强大,但在时间方面却保持沉默。签名应用程序可能会记录签名者设备上显示的时间,而 CMS 签名甚至可以包含一个 signingTime 属性。然而,该属性之所以位于已签名属性之中,是因为签名者将其放置于此。这是签名者自身的声明,由设备或其操作者控制,并不等同于由独立时间戳机构(TSA)认证的时间。

Adobe Acrobat 也采取了同样的区分标准,将从签署人计算机获取的签名时间与由时间戳服务器支持的签名区分开来。带有时间戳的签名是否符合长期验证要求,则需要另行评估,这还取决于证书和撤销信息的可用性。

因此,对带有时间戳的电子签名,其有效性不应仅取决于签名旁是否显示了日期。真正的问题在于:该工作流能否从可信来源生成可通过密码学验证的时间证据?

什么是可信时间戳?

一份由与结果无利害关系的第三方签署的声明。

可信时间戳是由时间戳服务机构(TSA)签发的、经过加密签名的声明,用以证明指定的电子数据在特定时间之前或该时间点已存在。在标准的 RFC 3161 交换过程中,该过程分为五个步骤:

  1. 签名系统会对需要加时间戳的数据计算一个哈希值,即消息指纹。对于 CAdES 或 PAdES 中的带时间戳的数字签名,该数据即为签名值本身;对于 PDF 文档的时间戳,则是整个文件的字节范围。被哈希处理的内容决定了该令牌所能证明的内容。
  2. 该印记将随时间戳请求一并发送至美国运输安全管理局(TSA)。该请求仅包含印记,绝不包含文件内容。
  3. TSA 将该印记与从可追溯至协调世界时(UTC)的时钟中读取的可信时间值绑定在一起。
  4. TSA 对结果进行签名,并返回一个时间戳令牌。
  5. 该令牌嵌入在签名或数字对象中,或与之一同保留。

第五步中隐藏了一个巧妙的细节。令牌覆盖了签名,因此它无法存在于签名所签署的内容之中。因此在 CAdES 和 PAdES 中,它被作为未签名的属性附加,与它所保护的签名并列存在。

有时你会听到“时间戳签名”这一术语,它指的是带有时间戳的数字签名。在 RFC 3161 的术语体系中,TSA 返回的标准化结果是一个经过签名的“时间戳令牌”(Time-Stamp Token)。

为什么证书过期会带来长期的验证难题

证书是身份的“租约”。租约终将到期,而记录却比租约更持久。

数字证书是故意设置了有效期的。到期会迫使身份、密钥和安全控制措施定期更新,这其实是件好事。但问题在于,许多已签名的文件必须保留的时间远比任何证书的有效期都要长。

未来的验证者可能需要验证的内容远不止于哈希值是否仍然匹配。根据签名格式和验证策略的不同,评估内容可能包括:

  • 该签名在加密意义上是否与被签名的数据相匹配;
  • 在相关时间点,该签名证书是否仍在有效期内;
  • 该证书是否与一个被接受的信任锚点建立了证书链;
  • 该证书在相关时间点是否已被吊销;
  • 证书的策略和密钥使用方式是否支持预期的签名;以及
  • 时间戳及支持性验证证据是否仍然可靠。

以下是时间戳变化的原理,用PKI术语来说。路径验证需要将验证时间作为输入参数。如果没有可信令牌,该输入参数默认为当前时间。如果有可信令牌,验证者可以使用令牌的 genTime 代替,从而根据令牌所证明的时刻来评估证书链、撤销信息和策略。证书后续过期这一事实本身,并不能证明签名是使用过期证书生成的。

Timeline showing a certificate validity window, a signature and timestamp in 2027, and validation in 2034 with and without a timestamp.
图1. 时间戳将验证者的参考时钟从“现在”切换到代币所证明的时刻。日期仅供说明。

这就是时间戳的独立业务价值:它保留了签名存在时间的证据,而不是试图延长签名证书的有效期。

可信的时间戳不仅仅是在文件上印上的日期

签名旁边的可见日期可能是手动输入的、由应用程序生成的,或是从设备时钟读取的。即使显示的日期正确,它也可能未经过独立验证,或未与签名数据进行加密绑定。

Visible date, local signing time and trusted timestamp compared
时间信息 这表明什么 独立的密码学证明?
可见日期 显示或声明的签署日期 不一定
本地签名时间 签名者设备或应用程序报告的时间 无独立佐证
可信时间戳 由TSA通过加密方式将时间与消息印记绑定 是的,但需经信任和验证

时间戳是拱门的核心。这座拱门还需要更多的石块。

可信的时间戳提供了关键的时间证明。要完成长期验证(LTV),可能还需要保留签名和时间戳证书链、证书状态信息(如 OCSP 响应或证书吊销列表),以及适用签名配置文件要求的其他任何内容。

PAdES(ETSI 制定的 PDF 高级电子签名框架)清晰地展示了这一路径:

Staircase diagram of PAdES levels B-B, B-T, B-LT and B-LTA and the evidence each adds.
图2. PAdES基线阶梯模型。每个层次都在其下层的基础上叠加更多证据。
  • PAdES B-B 规定了基本签名要求。
  • PAdES B-T 提供了可信的证明,证明该签名在特定时间点确实存在:即签名时间戳。
  • PAdES B-LT 会添加长期验证所需的材料(证书和撤销信息),并将这些信息存储在 PDF 的文档安全存储区(DSS)中。
  • PAdES B-LTA 会在整个文件(包括 DSS)上添加文档时间戳,从而保障验证材料的长期可用性和完整性。

有两个细节将专业人士与业余爱好者区分开来。首先,撤销证据通常是在时间戳之后收集的,且验证策略通常会允许一个宽限期,因为撤销需要时间才能传播,而在签名瞬间获取的状态可能已经过时。其次,该链是递归的。TSA 本身的证书会过期,算法也会逐渐过时。B-LTA 的解决方案是允许您将新的文档时间戳应用于之前的所有内容,从而在旧的保护措施失效之前更新保护。在 PDF 之外,RFC 4998《证据记录语法》也为归档文件解决了同样的更新问题。

不应将任何单一时间戳描述为对永久有效性的无条件保证。随着加密算法和验证证据的过时,长期保存的记录可能需要添加额外的归档时间戳。

时间戳(较早)

时间戳是一个上限:它证明签名在某个特定时间点之前已经存在,但不能证明其在任何更早事件之前就已存在。如果某把密钥随后被宣布已泄露,且其失效日期早于你的令牌的 genTime,那么一个较晚的时间戳也无法挽救该签名。实际上,应将时间戳作为签名交易本身的一部分进行请求,切勿将其作为后续补救措施。

从合规“勾选框”到证据管控

时间戳有时被视为数字签名项目中的最后一项配置选项。这种看法低估了它的价值。

对于合同、审批文件、受监管的报告、员工档案、财务文件和长期存档资料,组织可能不仅需要证明文件的真实性,还需证明该文件在截止日期之前、证书过期之前或证书被吊销之前确实存在。RFC 3161 指出,时间戳对于证明签名是在证书被吊销之前添加的,以及在时间点至关重要的情况下记录提交或交易时间具有重要意义。

因此,可信时间戳可以支持:

  • 长期验证: 可与证书一同进行评估的时间证据,以及保留的验证信息。
  • 可审计性: 为审计人员提供经过加密保护的时间证据,而非仅显示日期或应用程序日志。
  • 争议应对准备: 提供更充分的证据,证明特定签名数据的存在时间。
  • 截止时间保证: 用于证明某项提交、批准或交易已在规定时间前完成。
  • 完整性验证: 将可信时间与消息戳绑定,以便在验证过程中检测到受保护数据的更改。
  • AI内容可追溯性: 证明AI生成的内容或其附带的标记元数据最迟在特定时刻已存在。这是对《欧盟AI法案》第50条所规定的标记和披露义务的补充,而非替代。

其商业意义不言而喻:数字签名可保障身份和数据完整性,而可信时间戳则能保存一个独立的时间参考,这在日后为交易进行辩护时可能派上用场。

电子签名或时间戳的法律效力取决于管辖区域、交易性质、证据情况以及适用法律。绝不应将时间戳描述为能够自动使每份文件在每个国家都具有法律约束力。

根据欧盟《电子签名与数字信任服务条例》(eIDAS条例),不得仅因电子时间戳属于电子形式或不符合合格电子时间戳的要求,就否认其法律效力或作为证据的可采性。此外,合格电子时间戳所标示的日期和时间,以及与其相关联的数据的完整性,均享有准确性推定(第41条)。第42条另行规定了合格电子时间戳必须满足的要求。

正因如此,各组织才会将传统可信时间戳与合格时间戳区分开来。虽然两者都能提供加密证据,但它们的监管地位及相关推定存在差异,因此法律团队应针对每个司法管辖区和具体应用场景,确定所需的签名和时间戳类型。

关于《欧盟人工智能法案》第50条的说明

这一证据逻辑如今有了第二类适用对象。《欧盟人工智能法案》第50条已于2026年8月2日起生效。生成式人工智能系统提供商负有提供清晰、可机读且可检测的标识义务(第50条第2款),而部署方则必须披露深度伪造内容及人工智能生成的公共利益文本(第50条第4款)。根据《人工智能数字综合法案》,2026年8月2日之前已投放市场的生成式系统须在2026年12月2日前落实标记要求;新系统则必须从一开始就符合该要求。

第50条并未将时间戳明确规定为标记机制,且时间戳本身并不对内容进行标记。合格的时间戳所能提供的,是一种有据可查的方式,用以证明该内容或其标记元数据最迟在特定时刻已存在,并得到第41条关于准确性的推定支持。对于已经使用可信时间戳来保存签名证据的团队而言,将同样的方法扩展至AI生成的内容及其元数据,可以在无需重新设计处理流程的情况下,加强第50条合规记录。

组织在选择时间戳解决方案时应关注哪些方面

  • 支持公认的标准。 RFC 3161 为请求和签发时间戳令牌提供了一个互操作性模型。
  • 值得信赖的TSA。 TSA应能满足目标文档生态系统、监管环境及使用场景的要求,从而赢得信任。
  • 可靠的时间来源。 时间戳的证据价值取决于所声明时间的完整性和准确性。
  • 长期验证支持。 工作流应保留证书、撤销证据、时间戳以及适用签名格式和保留政策所要求的其他材料。
  • 与现有工作流的兼容性。 时间戳功能应能无缝集成到电子签名应用程序和服务中,而无需强制替换现有的签名环境。
  • 一种独立部署方案。 拥有签名平台的组织可能需要在不替换整个解决方案的情况下,添加可信的时间戳功能。买家可能并不需要新的签名应用程序。当前存在的不足可能是,现有签名缺乏关于其创建时间的独立、可信的证明。

将值得信赖的时间戳功能融入数字签名工作流程

GlobalSign 可信时间戳服务提供基于行业标准的时间证据,旨在支持对数字签名、文档、代码及其他数字数据的长期验证。GlobalSign 公开宣称其时间戳服务基于 RFC 3161 标准,并为 AATL 文档签名、合格时间戳用例以及代码签名提供时间戳服务。

正在对更广泛的文档签署工作流进行现代化的组织,可以使用 GlobalSign 数字签名服务——这是一款基于云的解决方案,旨在将基于证书的数字签名集成到现有工作流中。已经拥有签署解决方案的组织,则可以添加独立的可信时间戳服务,以弥补时间证明方面的缺口。这两条路径是相辅相成的。

在这两种情况下,其价值都远不止于勾选一个复选框。该组织正在保留签名证据生命周期中至关重要的一部分。

签名或许能流传下去;但要证明这一点,则需要精心策划

一份经过数字签名的文档,可能需要在签名证书、原始应用程序以及该组织的技術栈均已被替换后,仍能长期保存。绝不能理所当然地认为它具有这种长期保存性。

数字签名可验证身份和完整性。可信时间戳可确立可独立验证的时间。长期验证控制机制则保存了未来评估该签名所需的附加证书和状态证据。这些要素共同作用,可将今天有效的签名转化为未来仍可验证的证据。

2034 · 验证器再次运行

相同的合约、相同的验证者、相同的过期证书。但这一次,签名中附带了一个令牌,该令牌由一个对结果没有利害关系的机构于2027年签发。

验证器不再询问“现在”的情况。它询问“当时”的情况,然后给出答案:哈希值匹配,时间显示为2027年,证书有效,且区块链有效。

可信时间并不能使签名永存,而是使签名能够被验证。

如果签名记录必须比生成它们的证书存续更久,那么数字签名时间戳就不仅仅是一个点睛之笔。它是将签名与证书被认定为有效的时期联系起来的可信时间证据,这使得可信时间戳成为一项独立的业务需求,而非签名流程中可勾选的选项之一。

确保数字签名在长期内可验证

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编者注:本技术博客提供一般性技术信息,不构成法律建议。各组织应针对每个司法管辖区和具体应用场景,评估适用的法律、法规、证据要求及保留政策。

请联系 GlobalSign,了解如何将可信时间戳集成到您的签名、合规或数字证据工作流程中。

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