密码学基础知识（摘自图解密码学）
1.引言
密码加密方法可以是通过一定规律平移（凯撒密码）、替换（Enigma）进行编码。密码破解可以是暴力破解和频率分析。密钥本身是一个巨大的数字或者密钥空间的大小（由密钥长度决定）
2.密码学常用的算法：
对称加密：DES、三重DES、AES(现在最流行使用，安全性最好，也就是Rijndael算法)。
非对称加密（公钥密码）：RSA（密文=明文E次方modN，{E,N}组合是公钥，明文=密文D次方modN，{D,N}组合是私钥，现在最流行使用，利用对大整数N的质因分解难度）EIGamal(利用mod N下求离散对数的难度，密文是明文两倍)、Rabin(利用mod N下求平方根的难度)、椭圆曲线密码（ECC，秘钥比RSA短。利用求椭圆曲线上特定点的特殊乘法运算的逆运算的困难度）
伪随机数生成算法：线性同余法（不具预测性，不用于密码技术）、单向散列函数、密码法、ANSI X9.17（ANSI X9.31）
单向散列函数：MD4（已经不使用）、MD5（已经被破解）、SHA-1（SHA-160，最大长度：2的64次方-1)、SHA-2（SHA-256、SHA-384、SHA-512，最大长度：2的128次方-1）、SHA-3(Keccak算法，SHA-3-224、SHA-3-256、SHA-3-384、SHA-3-512)。数据完整性检查，防止被篡改。
3.实际应用
（1）消息认证码（MAC）：
双方持有同样的秘钥，防止伪装，确认发送方身份，是确认完整性与身份认证的技术，但无法由第三方证明某一方否认消息是否曾发送。根据任意长度的消息，通过过双方共享的密钥，计算生成固定长度数据。可以认为消息验证码是一种 与密钥相关联的单向散列函数。A将B所发送的MAC与A自己生成的MAC进行对比，如果两者一致则认证成功。HMAC(SHA-2实现)、AES-CMAC（AES的CBC模式）流密码和公钥密码。
认证加密（消息认证码+对称加密AE或AEAD）：Encrypt-then-MAC（Encrypt-and-MAC、MAC-and-Encrypt，防止伪造密文，让服务器解密来套取信息的攻击）、GCM（GMAC，AES128+CTR分组模式）、CCM（AES128+CBC分组模式）
防止重放攻击（加序列号、加时间戳、nonce通信前发送一个一次性随机数）
（2）数字签名：
识别篡改和伪装，并且防止否认，保证特定的签名者与特定的消息是绑定一起的，但无法解决解签的公钥是否是真正发送者发出的问题，即公钥的合法性。利用RSA非对称加解密算法，基于私钥只有一人持有的事实来保证签名认证的唯一性，而公钥可以多人持有进行验证签名的特点，而不是基于机密性的特点。
私钥加密->公钥解密
公钥加密->私钥解密
签名->私钥加密（一般不会对整个消息进行私钥加密，加密数据量大加密慢、发送数据量增大。消息+签名（消息的散列值+私钥加密））
验签->公钥解密
签名算法：RSA、EIGamal、DSA、ECDSA、Rabin
（3）证书（公钥证书）：
证书=公钥+认证机构对该公钥施加的签名，通过可信赖的第三方，即认证机构保证公钥的合法性。
证书一般有：
（4）PKI（公钥基础设施）：
由用户、认证机构、证书仓库组成
用户向机构发起的操作：
生成密钥对（可以用户自己生成）
注册公钥，申请证书
申请作废已注册
机构和用户有关的操作：
提供CRL（证书作废清单）、查询用户自己的证书是否过期
证书的层级结构：
A（根CA，对自己的公钥签名称为自签名）->B(B的公钥由A签发认证)->C(C的公钥由B签发认证).........->用户（用户的公钥由N机构签发）
A/B/C/用户
签名流程：
A（根CA，对自己的公钥签名称为自签名）
B 生成公钥由A签发认证
C 生成公钥由B签发认证
用户 生成公钥由C签发认证（可以是C生成秘钥对，或者自己生成密钥对）
验签流程：
用户1使用根CA证书里的公钥，对根CA平台颁发给B的证书进行验签->用户1使用B的公钥，对CA平台B颁发给C的证书进行验签->用户1使用C的公钥，对CA平台C颁发给用户2的证书进行验签
一般根CA的公钥内置在操作系统，或者用户到官网自行下载
（5）密钥生成:
1.硬件随机数器件或伪随机生成算法生成
2.口令生成秘钥：口令的单向散列函数的输出作为密钥 或者 口令+随机数（盐）用单向散列函数输出作为密钥。一般用于自己加密，自己解密，防止别人看到加密的东西，如进入计算机系统、加密文档
内容加密密钥：CEK
密钥加密密钥：KEK，一般口令+盐生成
（6）解决密钥配送方法：
1.事先共享秘钥（线下处理，但基本不使用）
2.密钥分配中心解决。秘钥中心生成所有员工的秘钥，用户注册时是线下取自己秘钥，当A用户向B用户发起通信，秘钥中心将生成临时会话秘钥，临时会话秘钥将会通过A用户的秘钥加密后，发送给A用户，A用户解密得到临时会话秘钥。B用相同的方法也得到临时会话秘钥，A和B进行加密会话。（仍然是不安全的，是基于事先共享秘钥，用计算机管理所有秘钥，一旦计算机被入侵或故障，将无法保证安全性）
3.Diffie-Hellman密钥交换。
4.使用公钥密码
密钥交换技术：
Diffie-Hellman密钥交换：
G的（A*B）次方mod P
P是很大的质数（不需保密，用户1向用户2发送）
G是P的生成元，可以是较大的数字（不需保密，用户1向用户2发送）
A是用户1生成的随机数（需要保密，只有用户1自己知道）
B是用户2生成的随机数（需要保密，只有用户2自己知道）
用户1和用户2交换 G的A次方mod P G的B次方mod P
经过简化运算，用户1和2得到相同秘钥：G的（A*B）次方mod P
（7）SSL/TLS/HTTPS：
TLS（传输层安全）是在SSL3.0（安全套接层）基础上设计的协议，可以理解为SSL3.1,现在一般不会分开来说，直接说SSL/TLS加密通信。HTTPS是在SSL/TSL之上承载HTTP协议。
TLS分为握手协议和记录协议，握手协议用于协商密码算法和共享秘钥，记录协议用于负责对消息加密和消息认证码（压缩解压缩、加密解密、计算和校验MAC等）。
握手协议分为4个部分：握手协议/密码规格变更协议/警告协议和应用数据协议
握手协议：
密码规格变更协议：用于密码切换同步，传达变更密码方式的信号。客户端也可以重新发起握手请求再次变更密码套件。
警告协议：用于发生错误时通知通信对象，如握手产生的异常、消息认证码错误、压缩数据无法压缩等
应用数据协议：用于传输上层应用数据，如HTTP的请求与响应。
TLS记录协议：负责消息的片段分割、压缩、加密、数据认证。计算消息认证码时一般会加入片段的编号，防止重放攻击。加密使用对称加密算法，CBC模式，CBC模式的初始向量（IV）通过主密码生成 ，对称密码的算法、共享秘钥由握手协议提供。从TLS 1.3开始，协议就禁用了TLS压缩，防止CRIME漏洞攻击。
主密码生成：使用RSA公钥密码时，客户端在发送ClientKeyExchange消息时，将经过加密的预备主密码（生成的公钥）一起发送给服务器。使用Diffie-hellman秘钥交换时，客户端在发送ClientKeyExchange消息时，将Diffie-hellman公开值发送到服务器，服务器和客户端计算出相同的预备主密码。再根据预备主密码计算出主密码（对称加密的密钥、消息认证的秘钥、CBC初始化向量）
