密码学概览

受不了xxxx恶心人的行为，遂搬迁至博客园。
始发：2017-12-12 18:54:47

以下摘自《图解密码技术》

第1章 环游密码世界

加密：encrypt
解密：decrypt
明文：plaintext
密文：ciphertext

密码学家的工具箱6个重要工具：

• 对称密码
• 公钥密码
• 单向散列函数
• 消息认证码
• 数字签名
• 伪随机数生成器

根据密钥的使用方法，可以将密码分为对称密码和公钥密码两种。
对称密码(symmetric cryptography)是指在加密和解密时使用同一密钥的方式。
公钥密码(public-key cryptography)则是指在加密和解密时使用不同密钥的方式。
公钥密码又称为非对称密码(asymmetric cryptography)。

单项散列函数保证的是数据的完整性(integrity)，即数据是正牌的而不是伪造的。
消息认证码(message authentication code)：用于确认消息是否来自所期望的对象、是否被篡改，能够保证完整性并提供认证(authentication)机制。
数据签名(digital signature)：防止伪装、篡改、否认等威胁的技术。就是一种将现实世界的签名和盖章移植到数字世界中的技术。
伪随机数生成器(Pseudo Random Number Generator)：模拟产生随机数列的算法，承担密钥生成的职责。

加盐(salt)：具体来说就是在原有材料（用户自定义密码）中加入其它成分（一般是用户自有且不变的因素），以此来增加系统复杂度。当这种盐和用户密码相结合后，再通过摘要处理，就能得到隐蔽性更强的摘要值。

• 不要使用保密的密码算法
• 使用低强度的密码比不进行任何加密更危睑
• 任何密码总有一天都会被破解
• 密码只是信息安全的一部分

 

第2章 历史上的密码——写一篇别人看不懂的文章

密钥空间(keyspace)：一种密码能够使用的“所有密钥的集合”。

• 凯撒密码
• 简单替换密码
• Enigma：是由德国人阿瑟·谢尔比乌斯( Arthur Scherbius)于20世纪初发明的一种能够进行加密和解密操作的机器。谢尔比乌斯使用能够转动的圆盘和电路，创造出了人类手工所无法实现的高强度密码。在刚刚发明之际，Enigma 被用在了商业领域，后来到了纳粹时期，德国国防军采用了 Enigma，并将其改良后用于军事用途。

 

第3章 对称密码（共享密钥密码）——用相同的密钥进行加密和解密

同一个比特进行两次xor之后就会回到最初的状态
能够产生不可预测的比特序列，对于密码技术贡献巨大，这种不可预测的比特序列称为随机数。

由于无法判断得到的是不是正确的明文，因此一次性密码本(one-time pad)是无法破译的。一次性密码本是无条件安全的(unconditionally secure)。

对称密码算法：

• DES：Data Encryption Standard，可以短时间内破解
• 3DES：Triple-DES
• AES：Advanced Encryption Standard。1997年，NIST开始公开募集AES；1998年，满足NIST募集条件的密码算法共15个；1999年，在募集到的15个算法中，5个算法入围了AES最终候选算法名单；2000年10月2日，Rijndael力压群雄，被选为AES标准算法。Rijndael是由比利时密码学家Joan daemen和Vincent Rijmen设计的分组密码算法。

 

第4章 分组密码的模式——分组密码是如何迭代的

分组密码的模式：DES和AES都属于分组密码,它们只能加密固定长度的明文。如果需要加密任意长度的明文，就需要对分组密码进行迭代，而分组密码的迭代方法就称为分组密码的“模式”。

• ECB模式: Electronic code book mode(电子密码本模式)，将明文分组后直接加密
• CBC模式: Cipher block chaining mode(密码分组链接模式)
• CFB模式: Cipher feed back mode(密文反馈模式)
• OFB模式: Output feed back mode(输出反馈模式)
• CTR模式: Counter mode(计数器模式)

 

第5章 公钥密码——用公钥加密，用私钥解密

公钥密码：公钥加密，私钥解密
Diffie-Hellman：解决密钥配送问题

公钥密码( public - key cryptography)中,密钥分为加密密钥和解密密钥两种。发送者用加密密钥对消息进行加密，接收者用解密密钥对密文进行解密。加密密钥是发送者加密时使用的，而解密密钥则是接收者解密时使用的。也就是说，解密密钥从一开始就是由接收者自己保管的，因此只要将加密密钥发给发送者就可以解决密钥配送问题了，而根本不需要配送解密密钥。

RSA(公钥密码算法)：现在公钥密码的事实标准。
其他公钥密码：ElGamal、Rabin、椭圆曲线密码。

 

第6章 混合密码系统——用对称密码提高速度，用公钥密码保护会话密钥

混合密码系统：用对称密码提高速度，用公钥密码保护会话密钥。
伪随机数生成器，用于产生会话密钥。

 

第7章 单向散列函数——获取消息的“指纹”

单向散列函数(one-way hash function也叫消息摘要函数、哈希函数、杂凑函数)，一个输入+一个输出，输入称为消息message，输出称为散列值(hash value也叫消息摘要或指纹)，散列值(长度固定，与消息长度无关)用来检测消息的“指纹”(数据的完整性)。

单向散列函数性质：

1. 根据任意长度的消息计算出固定长度的散列值
2. 能够快速计算出散列值
3. 消息不同散列值也不同
4. 具备单向性

单向散列函数例子：

• MD4和MD5，散列值128bit
• SHA-1(160bit)、SHA-256、SHA-384、SHA-512(统称SHA-2)
• RIPEMD-160
• SHA-3

 

第8章 消息认证码——消息被正确传送了吗

消息认证码：一种确认完整性并进行认证的技术，作用：判断消息是否被篡改以及是否有人伪装成发送者发送了该消息。

消息认证码的输入：任意长度的消息+收发双方之间共享的密钥。
输出：固定长度的数据，称为MAC。

消息的完整性(Integrity),就是“消息没有被篡改”这一性质,完整性也叫一致性。
消息的认证(authentication)指的是“消息来自正确的发送者”这一性质。

消息认证码应用实例：
SWIFT(环球银行金融电信协会)、IPsec、SSL/TLS

 

第9章 数字签名——消息到底是谁写的

数字签名(digital signature)-两种行为：
1、生成消息签名：sender根据消息内容计算数字签名的值，意味着“我认可该消息的内容”。
2、验证消息签名：检查该消息的签名是否真的属于sender。
使用各自专用的密钥完成

数字签名对签名密钥和验证密钥进行了区分,使用验证密钥是无法生成签名的。此外,签名密钥只能由签名的人持有,而验证密钥则是任何需要验证签名的人都可以持有。
实现数字签名，可以采用公钥密码(RSA)机制。

数字签名的方法：
1、直接对消息签名
2、对消息的散列值签名

 

第10章 证书——为公钥加上数字签名

证书-为公钥加上数字签名
公钥证书(Public-Key Certificate, PKC)，由认证机构(Certification Authority， CA)施加数字签名。简称证书。

认证机构就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织。认证机构中有国际性组织和政府所设立的组织,也有通过提供认证服务来盈利的一般企业,此外个人也可以成立认证机构。

证书标准规范X.509，X.509证书大体上包含以下3部分内容：

• 签名前的证书——签名对象的信息
• 数字签名算法——对证书签名时所使用的算法
• 数字签名——对证书施加的数字签名

 

其他

SSL/TLS是世界上应用最广泛的密码通信方法。比如说，当在网上商城中输人信用卡号时，我们的Web浏览器就会使用 SSL/TLS进行密码通信。使用SSL/TLS可以对通信对象进行认证，还可以确保通信内容的机密性。

SSL( Secure Socket Layer，安全套接层)是1994年由网景( Netscape)公司设计的一种协议，并在该公司的Web浏览器 Netscape Navigator中进行了实现。随后，很多Web浏览器都采用了这一协议，使其成为了事实上的行业标准。

SSL已经于1995年发布了30版本。

TLS( Transport Layer Security,传输层安全)是IETF在SSL3.0的基础上设计的协议。在1999年作为RFC2246发布的TLS1.0，实际上相当于SSL3.1。

 

PGP，密码技术的完美组合
PGP是于1990年左右由菲利普·季默曼( Philip zimmermann)个人编写的密码软件，现在依然在世界上被广泛使用，具备现代密码软件所必需的几乎全部功能。PGP这个名字是 Pretty good privary(很好的隐私)的缩写。你有没有过发送“性命攸关”的邮件的经历呢？自己发送的邮件如果能够平安到达指定的接收者就能活命，相反，如果万一被人窃听到就没命了。出于政治等原因，世界上有很多人都处于这样一种状况之中，而PGP就是为了保护处于这样极端状况下的人们的隐私而开发的密码软件。PGP的历史可谓是一波三折，让人感觉像是在读一部谍战小说。如果想了解PGP幕后的故事，可以读一读 Garfinkel所著的PGP: Pretty good privacy一书。

PGP可以在MS-DOS、 Windows、UNIX、 Macintosh等很多平台上运行，版本包括商用版和免费版。此外还有一个由GNU遵照 Opengpg(RFC4880)规范编写的叫作 Gnupg(GNU Privacy guard)的免费软件。