对加密、签名、证书的一些总结
1、首先来了解一下加密解密
根据密钥的使用方法，可以将密码分为 2 种
对称密码
公钥密码（非对称密码）
对称密码（Symmetric Cryptography）
常见的对称密码算法有
- DES
- DES 是一种将 64bit 明文加密成 64bit 密文的对称密码算法，密钥长度是 56bit
- 规格上来说，密钥长度是 64bit，但每隔 7bit 会设置一个用于错误检查的 bit，因此密钥长度实质上是 56bit
- 由于 DES 每次只能加密 64bit 的数据，遇到比较大的数据，需要对 DES 加密进行迭代（反复）
- 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用
- 3DES
- 3DES，将 DES 重复 3 次所得到的一种密码算法，也叫做 3 重 DE
- 目前还被一些银行等机构使用，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题
- AES
- 取代 DES 成为新标准的一种对称密码算法
- AES的密钥长度有 128、192、256bit 三种
- 在 2000 年时选择 Rijindael 算法作为 AES 的实现
- 目前 AES，已经逐步取代 DES、3DES，成为首选的对称密码算法
- 一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用 AES，它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作
- DES
密钥配送问题
在使用对称密码时，一定会遇到密钥配送问题
假设，Alice 将使用对称密码加密过的消息发给了 Bob
只有将密钥发送给 Bob，Bob 才能完成解密
在发送密钥过程中，可能会被 Eve 窃取密钥，最后 Eve 也能完成解密
如何解决密钥配送问题
- 事先共享密钥
- 密钥分配中心
- Diffie-Hellman 密钥交换
- 公钥密码
公钥密码（Public-key Cryptography）
在公钥密码中
- 密钥分为加密密钥、解密密钥 2 种，它们并不是同一个密钥
- 加密密钥，一般是公开的，因此该密钥称为公钥（public key）
- 解密密钥，由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（private key）
- 公钥和私钥是一一对应的，是不能单独生成的，一对公钥和密钥统称为密钥对（key pair）
- 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密
- 由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密
解决密钥配送问题
由消息的接收者，生成一对公钥、私钥
将公钥发给消息的发送者
消息的发送者使用公钥加密消息
RSA
- 目前使用最广泛的公钥密码算法是 RSA
混合密码系统（Hybrid Cryptosystem）
对称密码的缺点
- 不能很好地解决密钥配送问题
公钥密码的缺点
- 加密解密速度比较慢
混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法
解决了公钥密码速度慢的问题
并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题
网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统
混合密码-加密
会话密钥（session key）
为本次通信随机生成的临时密钥
作为对称密码的密钥，用于加密消息，提高速度
加密步骤（发送消息）
1.首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
2.生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息
3.用消息接收者的公钥，加密会话密钥
4.将前 2 步生成的加密结果，一并发给消息接收者
发送出去的内容包括
用会话密钥加密的消息（加密方法：对称密码）
用公钥加密的会话密钥（加密方法：公钥密码）
混合密码-解密
解密步骤（收到消息）
1.消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
2.再用第 1 步解密出来的会话密钥，解密消息
混合密码-加密解密流程
Alice >>>>> Bob
发送过程，加密过程
1.Bob 先生成一对公钥、私钥
2.Bob 把公钥共享给 Alice
3.Alice 随机生成一个会话密钥（临时密钥）
4.Alice 用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称密码加密）
5.Alice 用 Bob 的公钥加密会话密钥（使用的是公钥密码加密，也就是非对称密码加密）
6.Alice 把第 4、5 步的加密结果，一并发送给 Bob
接收过程，解密过程
1.Bob 利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是公钥密码解密，也就是非对称密码解密）
2.Bob 利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称密码解密）
2、单向散列函数（One-way hash function）
单向散列函数，又被称为消息摘要函数（message digest function），哈希函数
输出的散列值，也被称为消息摘要（message digest）、指纹（fingerprint）
单向散列函数，可以根据消息内容计算出散列值
散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是 1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值
常见的几种单向散列函数
- MD4、MD5
- 产生 128bit 的散列值，MD 就是 Message Digest 的缩写，目前已经不安全
- Mac 终端上默认可以使用 md5 命令
- SHA-1
- 产生 160bit 的散列值，目前已经不安全
- SHA-2
- SHA-256、SHA-384、SHA-512，散列值长度分别是 256bit、384bit、512bit
- SHA-3
- 全新标准
- MD4、MD5
单向散列函数的特点
- 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
- 计算速度快，能快速计算出散列值
- 消息不同，散列值也不同
- 具备单向性
单向散列函数的应用 – 防止数据被篡改
3、数字签名
想象以下场景
- Alice 发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成 Alice 发消息，或者就是 Alice 发的，但她可以否认
- 问题来了：Bob 如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
- 解决方案：数字签名
数字签名
在数字签名技术中，有以下2种行为
生成签名
- 由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
验证签名
- 由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验
那么问题来了：如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
- 用消息发送者的私钥进行签名
在公钥密码中，任何人都可以使用公钥进行加密
在数字签名中，任何人都可以使用公钥验证签名数字签名的过程
Alice 生成密钥对，将公钥发送给 Bob
Alice 用自己的私钥进行加密（生成签名）
Alice 将消息和签名发送给 Bob
Bob 用公钥验证签名
数字签名 – 疑惑
- 如果有人篡改了文件内容或者签名内容，会是什么结果？
- 签名验证失败，证明内容被篡改
- 数字签名不能保证机密性？
- 数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改
- 数字签名的作用
- 确认消息的完整性
- 识别消息是否被篡改
数字签名无法解决的问题
要正确使用签名，前提是
- 用于验证签名的公钥必须属于真正的发送者
如果遭遇了中间人攻击，那么
- 公钥将是伪造的
- 数字签名将失效
所以在验证签名之前，首先得先验证公钥的合法性
如何验证公钥的合法性？
- 证书
4、证书
密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-key Certificate，PKC），跟驾驶证类似
里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
并由认证机构（Certificate Authority，CA）施加数字签名
CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
有国际性组织、政府设立的组织
有通过提供认证服务来盈利的企业
个人也可以成立认证机构
证书的利用
证书的注册和下载
