密钥交换之DH算法

密钥交换/协商机制的几种类型

依靠非对称加密算法

原理：拿到公钥的一方先生成随机的会话密钥，然后利用公钥加密它；再把加密结果发给对方，对方用私钥解密；于是双方都得到了会话密钥。

举例：RSA

依靠专门的密钥交换算法

原理：见下图

举例：DH 算法及其变种（ECDH算法）

DH算法

DH算法解决了密钥在双方不直接传递密钥的情况下完成密钥交换，这个神奇的交换原理完全由数学理论支持

1. Alice选择1个素数p,比如509，底数g 比如5，随机数a比如123
    然后计算 然后计算A=g^a mod p=bcmod(bcpow(5,123),509)=215
    Alice现在有[p=509,g=5,a=123,A=215], 把p,g,A发送给Bob
    
2. Bob收到p=509,g=5后，选择一个随机数b=456
    计算 B=g^b mod p=bcmod(bcpow(5,456),509)=181
    同时计算s=A^b mod p=bcmod(bcpow(215,456),509)=121
    
    Bob现在有[p=509,g=5,b=456,B=181,s=121,A=125]
    Bob把B=181发送给Alice
    
3.
    Alice现在有[p,g,a,A,B]

    Alice计算s=B^a mod p=bcmod(bcpow(181,123),509)=121

所以最终双方协商出的密钥s是121。注意到这个密钥s并没有在网络上传输。而通过网络传输的p，g，A和B是无法推算出s的，因为实际算法选择的素数是非常大的。

所以，更确切地说，DH算法是一个密钥协商算法，双方最终协商出一个共同的密钥，而这个密钥不会通过网络传输。

如果我们把a看成甲的私钥，A看成甲的公钥，b看成乙的私钥，B看成乙的公钥，DH算法的本质就是双方各自生成自己的私钥和公钥，私钥仅对自己可见，然后交换公钥，并根据自己的私钥和对方的公钥，生成最终的密钥secretKey，DH算法通过数学定律保证了双方各自计算出的secretKey是相同的

但是DH算法并未解决中间人攻击，即甲乙双方并不能确保与自己通信的是否真的是对方。消除中间人攻击需要其他方法

• DH算法是一种密钥交换协议，通信双方通过不安全的信道协商密钥，然后进行对称加密传输。
• DH算法没有解决中间人攻击。

但是 DH 算法本身也有缺点——它不支持认证。

也就是说：它虽然可以对抗“偷窥”，却无法对抗“篡改”，自然也就无法对抗“中间人攻击/MITM”（缺乏身份认证，【必定会】遭到“中间人攻击/MITM”）

ECDHE

• 1.客户端随机生成随机值Ra
  计算Pa(x, y) = Ra * Q(x, y),
  Q(x, y)为全世界公认的某个椭圆曲线算法的基点
  将Pa(x, y)发送至服务器

• 2.服务器随机生成随机值Rb
  计算Pb(x,y) = Rb * Q(x, y)
  将Pb(x,y)发送至客户端

• 3.客户端计算Sa(x,y) = Ra * Pb(x,y)
  服务器计算Sb(x,y) = Rb *Pa(x,y)

• 4.算法保证了Sa = Sb = S，提取其中的S的x向量作为密钥（预主密钥）