密码学学习总结
一、密码学基础
密码学要解决信息的机密性、完整性和不可否认性。其中：
机密性：对传递的信息进行加密就可以实现机密性，保证信息不泄漏给未经授权的人。（对称、非对称加密）
完整性：防止信息被未经授权的人篡改，保证信息不被篡改。（单向散列、消息认证码、数字签名）
不可否认性：能够保证信息行为人不能否认其信息行为。（对应的技术数字签名）
身份认证：也能实现身份认证。（对应技术有消息认证、数字签名）
1.1、密码学基本元素
明文（plain text）：希望得到保密的原始信息
密文（cipher text）:明文经过密码变换后的消息
加密（encryption）：由明文变换为密文的过程
解密（decryption）:由密文恢复出明文的过程
加密算法（encryption algorithm）:对明文进行加密时采用的一组规则
解密算法（decryption algorithm）:对密文进行解密时采用的一组规则
秘钥（key）:控制加密和解密算法操作的信息
1.2、密码学的分类
密码学的密码算法可以分为：对称加密(Sysmmetric Cryptography)和非对称加密（Asymmetric Cryptography）
以及用于确认数据完整性的单向散列（One-Way Hash Funcrion）又称密码校验(Cryptographic Checksum)、指纹
(Fingerprint)、消息摘要（Message Digest）。
1.2.1 对称加密
特点：在加密和解密使用同一秘钥。
优点：加密或解密运算速度块，加密强度高，算法公开。
缺点：秘钥分发难，更新周期长，不便于管理。
对称密码算法有AES算法（Advanced Encryption Standard）又称高级加密标准Rijndael加密发，属于非保密、
公开披露的，在各种平台上易于实现、速度快，设计简单，密文和明文长度一致，硬件支持、加密芯片。DES也
是对称密码算法，就是老了。对称密码中分组密码模式：ECB(Electronic CodeBook)模式，电子密码本模式，
明文与密文一一对应，存在一定风险。CBC(Cipher Block Chaining)模式，密文分组链接模式，初始化向量IV，
每次加密时随机产生。OFB模式称为输出反馈模式，在OFB模式中，XOR所需的比特序列(秘钥流)可以事先通过
密码算法生成，和明文分组无关。只需要提前准备好所需要的秘钥流，然后进行XOR运算就可以了。具体参考下图：
1.2.2 非对称加密
非对称密码算法的秘钥分为加密秘钥和解密秘钥。发送者使用加密秘钥（公钥）对消息
加密，接受者使用解密秘钥（私钥）对密文进行解密。公钥和私钥一一对应，形成秘钥对。
非对称密码基于数学上的难题，正向生成公钥和私钥很容易，但是通过公钥逆向生成私钥
是困难的。
非对称密码算法-RSA
RSA是非对称加密中最著名的加密算法，与1977年由Rivest、Adi Shamir和Len Adlenman
三人共同发明的，RSA基于大整数分解素因子困难，一旦发现就能破解，可以用来加密也
可以用来签名。还有其他的非对称加密，比如ECC、ELGAmal、Rabin。
1.2.3 混合加密系统
混合加密就是对称加密和非对称加密的结合。由于对称加密算法速度快，强度高，而非对
称加密算法效率低，但能够解决秘钥配送问题。因此可以通过非对称加密配送对称秘钥，
再采用对称秘钥用来加密的方式，实现网络的秘钥配送与通信加密。
一般实践中，发送者通过数字证书获得接收者的公钥（防止伪装），然后每次生成对称加
密用的秘钥，用接收者的公钥对对称密码算法的密钥进行加密，同时用对称密码算法的秘钥加
密数据得到密文。因为对称密码只对当前的一条信息负责，而非对称密码会影响到过完和未来
所有通信，因此公钥密码强度应该高于对称密码私钥。
一般是用接受者的公钥加密对称秘钥，35114因为是双向认证，可以用设备的公钥先加密一个VKEK，
然后设备用私钥解密得到VKEK。因为VEK每一个小时变化，如果用平台的公钥加密的话，非对称
加密频率太高，那么用VKEK只用一次就好了，但是要保证VEKE的可靠性。
1.2.4 单向散列
单向散列技术是为了保证信息的完整性，防止信息被篡改的一项技术，有一个输入和输出，输入称为
消息，输出称为散列值。特点：一种采集信息的“指纹”的计数；无论消息长度，计算出的长度是不变的；
快速计算；消息不同，散列值不同，需要具有抗碰撞性，弱抗碰撞性是给定散列值，找到和该消息具
有相同散列值的另一条消息是困难的，强抗碰撞性是任意散列值，找到散列值相同的两条不同的消息
是困难的；具有单向性，不可由散列值推出原消息。对应的技术有MD、SHA。
单向散列函数的应用
①检测消息是否被篡改
②基于口令的加密：将口令和salt随机数混合计算其散列值。
③消息认证码（MAC）：将共享密钥和消息混合后计算的散列值，可以检测并防止通信过程中
的错误、篡改以及伪装。
④数字签名。
⑤挑战应答（challenge-response）方式认证。
二、密码学应用
2.1、消息认证码
消息认证码是一种确认完整性并进行认证的计数，输入包括任意长度的消息和一个发送者与接受
者共享的秘钥，使用一个算法（可以是哈希算法，对应的就是hmac），输出固定的长度数据tag。（无法向第三方证明这个消息是教官发送的）
2.2、数字签名
在非对称加密中，私钥用来解密，公钥用来加密。
在数字签名技术中，私钥用来加密，公钥用来解密。
2.3、数字证书
CA私钥加密用户的公钥和一些相关的信息（有效时间、发证机关、序列号）生成数字证书。
CA机构类似公安局，哈希值类似身份证号，对哈希值签名就是盖章。
数字证书的组成：
1、版本；
2、序列号；
3、签名算法;(ey:sha256RSA)
4、签名哈希算法；(ey:sha256)
5、颁发者；
6、有效期；
7、使用者；
8、公钥；（ey:RSA）
9、增强型秘钥用法；
10、使用者秘钥标识符；
11、颁发机构秘钥标识符；
12、颁发者备用名称；
13、使用者备用名称；
14、指纹算法；（ey:sha1）
15、指纹；（ey:实际是指纹的密文，在客户端会用CA的公钥解密，是唯一的。最终会用签名算法
和签名哈希算法对指纹进行签名。）
2.4、SSL
2.5、国产密码算法的总结
①SM1 :为对称加密,其加密强度与AES相当，该算法不公开，调用该算法时，需要通过加密芯片接口
进行调用，秘钥长度和分组长度为128位。
②SM2 :为非对称加密，基于ECC，该算法已经公开。SM2椭圆曲线公钥密码算法是我国自主设计的
公钥秘钥算法，包括SM2-1椭圆曲线签名算法、SM2-2椭圆曲线秘钥交互协议、SM2-3椭圆曲线加密
算法，分别用于实现数字签名秘钥协商和数据加密等功能。与RSA不同，由于该算法基于椭圆曲线上
点群离散对数难题,故其签名速度和秘钥生成速度都快于RSA，256位的SM2密码强度已经比2048位
的RSA密码强度高。
③SM3：SM3杂凑算法是由我国自主设计的密码杂凑算法，可以参考MD5理解，适用于商用密码应
用中的数字签名和验证消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需
求。为了保证杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值，输出
长度太短，影响其安全性。SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3输出的长度为256位，因此SM3
算法的安全性要高于MD5和SHA算法。
④SM4：无线局域网标准的分组数据算法，对称加密、秘钥长度和分组长度均为128位。要保证一
个对称密码算法的安全性的基本条件是具备足够的秘钥长度，SM4算法和AES算法具有相同的密钥
长度分组长度128，因此安全性上高于3DES算法。
三、密码学误用
3.2、关于密码学的常识
1)不要使用保密的密码算法
2)低强度密码比不加密更危险
3)任何密码都有破解的一天。(量子计算可以在根本上解决此问题，因为量子纠缠可以实现一次性密码本算法)
4)密码只是信息安全中的一环，人更重要。
