RFC 6376 - DKIM邮件签名

基本信息

RFC编号: 6376
标题: DomainKeys Identified Mail (DKIM) Signatures
中文标题: 域名密钥识别邮件签名
发布日期: 2011年9月
状态: PROPOSED STANDARD (提案标准)
作者: D. Crocker, et al.

摘要 (Abstract)

DomainKeys Identified Mail (DKIM)是一种域名级的邮件认证方法。它允许组织为邮件消息承担责任，使用加密签名。接收方可以验证该签名，确认邮件确实来自声称的域名，并且内容未被篡改。

DKIM概述

什么是DKIM？

定义:

DKIM = DomainKeys Identified Mail
作用: 邮件数字签名
目的:
✓ 验证发件人域名
✓ 检测邮件篡改
✓ 防止钓鱼和伪造

核心思想:
发件人用私钥签名 → 接收方用公钥验证

Email安全问题:

SMTP协议问题:
❌ 可以伪造发件人地址
❌ 无法验证邮件真实性
❌ 容易被钓鱼利用

示例钓鱼:
From: [email protected] (伪造)
实际: 攻击者的服务器

DKIM解决方案:
✓ 域名所有者签名邮件
✓ DNS发布公钥
✓ 接收方验证签名
✓ 签名失败→拒收或标记

DKIM工作流程

发送端 (example.com):
1. 邮件服务器生成签名
   - 对邮件头部和正文签名
   - 使用私钥 (保密)
   
2. 将签名添加到邮件头部
   DKIM-Signature: v=1; a=rsa-sha256; d=example.com; ...
   
3. 正常发送邮件

接收端:
1. 提取DKIM-Signature头部
   
2. 从DNS获取公钥
   查询: default._domainkey.example.com
   
3. 验证签名
   - 重新计算邮件哈希
   - 用公钥解密签名
   - 比较哈希值
   
4. 结果:
   ✓ 签名有效 → 来自example.com，未篡改
   ✗ 签名无效 → 伪造或被修改

DKIM-Signature头部详解

基本格式

DKIM-Signature: v=1; a=rsa-sha256; c=relaxed/relaxed;
  d=example.com; s=default; t=1234567890;
  bh=2jUSOH9NhtVGCQWNr9BrIAPreKQjO6Sn7XIkfJVOzv8=;
  h=From:To:Subject:Date;
  b=dzdVyOfAKCdLXdJOc9G2q8LoXSlEniSbav+yuU4zGeeruD08b9/0i
   +=hB...

标签说明

标签	名称	说明	示例	必需
`v`	Version	版本号	`v=1`	是
`a`	Algorithm	签名算法	`a=rsa-sha256`	是
`b`	Signature	实际签名 (Base64)	`b=dzdVy...`	是
`bh`	Body Hash	邮件正文哈希	`bh=2jUSO...`	是
`c`	Canonicalization	规范化算法	`c=relaxed/relaxed`	否
`d`	Domain	签名域名	`d=example.com`	是
`h`	Headers	签名的头部字段	`h=From:To:Subject`	是
`i`	Identity	签名者标识	`[email protected]`	否
`l`	Body Length	签名的正文长度	`l=1000`	否
`q`	Query Method	公钥查询方法	`q=dns/txt`	否
`s`	Selector	选择器	`s=default`	是
`t`	Timestamp	签名时间戳	`t=1234567890`	否
`x`	Expire Time	过期时间	`x=1234657890`	否
`z`	Copied Headers	原始头部副本	`z=From:...`	否

关键参数详解:

a (Algorithm):

支持的算法:
rsa-sha256 (推荐)
rsa-sha1 (已弃用，不安全)

示例:
a=rsa-sha256

c (Canonicalization):

格式: c=<header>/<body>

算法:
- simple: 严格匹配
- relaxed: 宽松匹配 (忽略空格、大小写等)

示例:
c=relaxed/relaxed  (推荐，容忍邮件服务器修改)
c=simple/simple    (严格，任何修改都会导致验证失败)

d (Domain):

签名域名 (必须是发件人域名或其父域)

有效:
From: [email protected]
d=example.com  ✓ (父域)

无效:
From: [email protected]
d=other.com  ✗ (不相关域名)

s (Selector):

选择器: 用于DNS查询

目的:
- 支持多个密钥
- 密钥轮换
- 不同服务使用不同密钥

DNS查询:
s=default, d=example.com
→ 查询: default._domainkey.example.com

h (Headers):

签名的头部字段 (冒号分隔)

推荐签名:
- From (必需!)
- To
- Subject
- Date
- Message-ID

示例:
h=From:To:Subject:Date:Message-ID

注意:
From字段必须包含！

DNS公钥记录

TXT记录格式

查询: <selector>._domainkey.<domain>
示例: default._domainkey.example.com

TXT记录内容:
v=DKIM1; k=rsa; p=MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC...

标签说明:
v=DKIM1        版本
k=rsa          密钥类型
p=<公钥>       Base64编码的公钥

公钥标签详解

标签	说明	示例	必需
`v`	版本	`v=DKIM1`	否
`k`	密钥类型	`k=rsa`	否
`p`	公钥 (Base64)	`p=MIGfMA0...`	是
`h`	可接受的哈希算法	`h=sha256`	否
`s`	服务类型	`s=email`	否
`t`	标志	`t=y` (测试模式)	否
`n`	注释	`n=Notes`	否

完整示例:

default._domainkey.example.com. IN TXT (
  "v=DKIM1; k=rsa; "
  "p=MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC3QEKyU1fSma0axspqYK5iAj+54lsAg4qRRCnpKK68hawSIhv5TGT4j"
  "..."
)

说明:
- 可以分成多个字符串 (DNS限制255字节)
- 空格会被忽略
- p标签为空 → 表示密钥已撤销

实现示例

生成密钥对

# 生成2048位RSA私钥
openssl genrsa -out dkim_private.pem 2048

# 提取公钥
openssl rsa -in dkim_private.pem -pubout -out dkim_public.pem

# 转换为DNS格式 (去除头尾和换行)
cat dkim_public.pem | grep -v "BEGIN\|END" | tr -d '\n'

输出:

私钥 (dkim_private.pem):
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
MIIEowIBAAKCAQEA...
-----END RSA PRIVATE KEY-----

公钥 (dkim_public.pem):
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA...
-----END PUBLIC KEY-----

DNS格式:
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA...

Node.js签名实现

const crypto = require('crypto');
const dns = require('dns').promises;

class DKIMSigner {
  constructor(domain, selector, privateKey) {
    this.domain = domain;
    this.selector = selector;
    this.privateKey = privateKey;
  }
  
  // 签名邮件
  signEmail(headers, body) {
    // 1. 规范化正文
    const canonicalBody = this.canonicalizeBody(body);
    
    // 2. 计算正文哈希
    const bodyHash = crypto
      .createHash('sha256')
      .update(canonicalBody)
      .digest('base64');
    
    // 3. 构建DKIM头部 (不含b标签)
    const timestamp = Math.floor(Date.now() / 1000);
    const dkimHeader = [
      'v=1',
      'a=rsa-sha256',
      'd=' + this.domain,
      's=' + this.selector,
      't=' + timestamp,
      'c=relaxed/relaxed',
      'h=From:To:Subject:Date',
      'bh=' + bodyHash,
      'b='  // 空签名，稍后填充
    ].join('; ');
    
    // 4. 规范化头部
    const canonicalHeaders = this.canonicalizeHeaders(headers, dkimHeader);
    
    // 5. 生成签名
    const sign = crypto.createSign('RSA-SHA256');
    sign.update(canonicalHeaders);
    const signature = sign.sign(this.privateKey, 'base64');
    
    // 6. 完整的DKIM-Signature
    return dkimHeader.replace('b=', 'b=' + signature);
  }
  
  // 规范化正文 (relaxed)
  canonicalizeBody(body) {
    return body
      .replace(/[ \t]+(\r\n)/g, '$1')  // 移除行尾空格
      .replace(/(\r\n)+$/, '\r\n');    // 只保留一个尾部换行
  }
  
  // 规范化头部 (relaxed)
  canonicalizeHeaders(headers, dkimHeader) {
    const headersToSign = ['from', 'to', 'subject', 'date'];
    let canonical = '';
    
    // 添加要签名的头部
    for (const name of headersToSign) {
      const value = headers[name];
      if (value) {
        canonical += name + ':' + value.trim() + '\r\n';
      }
    }
    
    // 添加DKIM-Signature头部 (不含b标签的值)
    canonical += 'dkim-signature:' + 
      dkimHeader.split('b=')[0] + 'b=';
    
    return canonical;
  }
}

// 使用
const privateKey = fs.readFileSync('dkim_private.pem', 'utf8');
const signer = new DKIMSigner('example.com', 'default', privateKey);

const headers = {
  from: '[email protected]',
  to: '[email protected]',
  subject: 'Test Email',
  date: new Date().toUTCString()
};

const body = 'This is the email body.\r\n';

const dkimSignature = signer.signEmail(headers, body);
console.log('DKIM-Signature:', dkimSignature);

验证实现

class DKIMVerifier {
  async verifyEmail(dkimSignature, headers, body) {
    // 1. 解析DKIM-Signature
    const tags = this.parseDKIMSignature(dkimSignature);
    
    // 2. 获取公钥
    const publicKey = await this.getPublicKey(tags.d, tags.s);
    
    // 3. 验证正文哈希
    const bodyValid = this.verifyBodyHash(body, tags.bh, tags.c);
    if (!bodyValid) {
      return { valid: false, reason: 'Body hash mismatch' };
    }
    
    // 4. 验证签名
    const signatureValid = this.verifySignature(
      headers,
      dkimSignature,
      publicKey,
      tags
    );
    
    return {
      valid: signatureValid,
      domain: tags.d,
      selector: tags.s
    };
  }
  
  parseDKIMSignature(signature) {
    const tags = {};
    signature.split(';').forEach(part => {
      const [key, value] = part.trim().split('=');
      if (key && value) {
        tags[key] = value.trim();
      }
    });
    return tags;
  }
  
  async getPublicKey(domain, selector) {
    const dnsName = `${selector}._domainkey.${domain}`;
    const records = await dns.resolveTxt(dnsName);
    
    // 解析TXT记录
    const dkimRecord = records[0].join('');
    const match = dkimRecord.match(/p=([^;]+)/);
    
    if (!match) {
      throw new Error('Public key not found');
    }
    
    const publicKeyB64 = match[1];
    return `-----BEGIN PUBLIC KEY-----\n${publicKeyB64}\n-----END PUBLIC KEY-----`;
  }
  
  verifyBodyHash(body, expectedHash, canonicalization) {
    const canonical = this.canonicalizeBody(body);
    const hash = crypto
      .createHash('sha256')
      .update(canonical)
      .digest('base64');
    
    return hash === expectedHash;
  }
  
  verifySignature(headers, dkimSignature, publicKey, tags) {
    // 提取签名值
    const signature = tags.b;
    
    // 重建签名数据
    const canonicalHeaders = this.canonicalizeHeaders(
      headers,
      dkimSignature.split('b=')[0] + 'b='
    );
    
    // 验证
    const verify = crypto.createVerify('RSA-SHA256');
    verify.update(canonicalHeaders);
    
    return verify.verify(publicKey, signature, 'base64');
  }
}

// 使用
const verifier = new DKIMVerifier();
const result = await verifier.verifyEmail(dkimSignature, headers, body);

if (result.valid) {
  console.log(`✓ Valid DKIM signature from ${result.domain}`);
} else {
  console.log(`✗ Invalid DKIM signature: ${result.reason}`);
}

最佳实践

1. 密钥管理

密钥长度:
✓ 至少2048位
✓ 推荐2048或3072位
✗ 避免1024位 (已不安全)

密钥轮换:
- 每1-2年更换密钥
- 同时发布新旧密钥 (使用不同selector)
- 过渡期后移除旧密钥

选择器命名:
✓ 按日期: 2024-01
✓ 按用途: mailserver1
✓ 按轮换: key1, key2

2. 头部选择

// 推荐签名的头部
const recommendedHeaders = [
  'From',          // 必需!
  'To',
  'Subject',
  'Date',
  'Message-ID',
  'Reply-To',
  'Cc',
  'MIME-Version',
  'Content-Type'
];

// 避免签名易变的头部
const avoidHeaders = [
  'Received',      // 每个中继都会添加
  'Return-Path',   // 传输中可能改变
  'X-*'            // 自定义头部可能被修改
];

3. 测试模式

DNS记录添加 t=y 标志:
v=DKIM1; k=rsa; t=y; p=MIGfMA...

作用:
- 表示测试模式
- 验证失败不会拒绝邮件
- 用于部署初期测试

参考文献

DKIM相关RFC:

[RFC 6376] DKIM Signatures ← 本文档
[RFC 8301] Cryptographic Algorithm and Key Usage Update to DKIM
[RFC 8463] A New Cryptographic Signature Method For DKIM

相关标准:

[RFC 7489] DMARC (基于DKIM和SPF)
[RFC 7208] SPF (Sender Policy Framework)

总结: DKIM通过数字签名技术为邮件提供域名级认证，是现代邮件安全的基础。正确实现DKIM可以显著提高邮件送达率，减少被误判为垃圾邮件的概率，并为DMARC等更高级的邮件安全机制打下基础。

基本信息​

摘要 (Abstract)​

DKIM概述​

什么是DKIM？​

DKIM工作流程​

DKIM-Signature头部详解​

基本格式​

标签说明​

DNS公钥记录​

TXT记录格式​

公钥标签详解​

实现示例​

生成密钥对​

Node.js签名实现​

验证实现​

最佳实践​

1. 密钥管理​

2. 头部选择​

3. 测试模式​

参考文献​