密码学 ｜ 青训营笔记

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第5篇笔记

密码学的发展

0. 古典密码

   受算法限制

1. 近代密码

2. 现代密码（香农）

   新特点：基于密钥而非算法

3. 公钥密码

   无密钥传输保密通信成为可能

加密与解密

加密通过密码算法实现，密码算法从密钥使用角度分为对称密码算法和非对称密码算法。

对称密码算法

也称单钥/私钥密码算法：加密解密密钥相同或实质上相同（可从一个推出另一个）

• DES、3DES、IDEA、AES
• 密钥相对较短，一般采用128、192、256比特

非对称密码算法

非对称密码算法：加密密钥和解密密钥不同，从一个很难推出另一个。其中，对外公开的密钥，称为公开密钥( public key)，简称公钥；必须保密的密钥，称为私有密钥( private key)，简称私钥。又叫公钥密码算法( Public-keycipher)。

例如：RSA、ECC、ELGamal

• 公钥加密 私钥解密
• 私钥加密 公钥解密
• 密钥长度512-2048位

优点：

• 密钥分发数目与参与者数目相同
• 在有大量参与者的情况下易于密钥管理一安全
• 支持数字签名和不可否认性
• 无需事先与对方建立关系，交换密钥

缺点：

• 速度相对较慢（可能比同等强度的对称密码算法慢10倍到100倍）
• 加密后，密文变长

混合加密

将公钥进行非对称加密

哈希函数

• 对称密码和非对称密码算法主要解决信息的机密性问题，而实际系统和网络还可能受到消息篡改等攻击。
• 篡改攻击主要包括：修改信息内容，改变程序使其不能正确运行等。哈希函数可以用来保证信息的完整性。
• 哈希(Hash)函数(也称为杂凑函数或单向散列函数)接受一个消息作为输入，产生一个称为哈希值的输出。输出的哈希值也可称为散列值、消息摘要(Message Digest,MD)

MD5

MD:Message Digest，消息摘要

• 输入∶任意长度的消息
• 输出∶128位消息摘要
• 处理∶以512位输入数据块为单位

SHA-1 算法

SHA ( Secure Hash Algorithm，安全哈希算法）由美国国家标准技术研究所开发

• 输入∶最大长度为264位的消息
• 输出:160位消息摘要
• 处理∶输入以512位数据块为单位处理

比较SHA-1/MD5

• 散列值长度 MD5 128bits SHA1 160bits
• 安全性 SHA1算法被视为MD5的替代候选算法
• 速度 SHA1慢些( openssl speed md5/sha1 )

数字签名

0. A将文件的哈希值进行私钥加密后与文件、文件的哈希值一并发过去。
1. B用A的公钥对加密的哈希值进行解密，如果与文件的哈希值相符则证明是A。

0. 可信性：签名让文件的接收者相信签名者是慎重地在文件上签名的。
1. 不可重用性：签名不可重用，即使同一消息在不同时刻的签名也是有区别的。如果将签名部分提取出来，附加在别的消息后面，验证签名会失败。这是因为签名和所签名消息之间是一一对应的，消息不同签名内容也不同，因此签名无法重复使用。
2. 数据完整性：在文件签名后，文件不能改变。
3. 不可伪造性：签名能够证明是签名者而不是其他人在文件上签名，任何人都不能伪造签名。
4. 不可否认性：在签名者否认自己的签名时，签名接收者可以请求可信第二方进行仲裁。