正文

　　本文講解對(duì)稱(chēng)加密、非對(duì)稱(chēng)加密、消息摘要、MAC、數(shù)字簽名、公鑰證書(shū)的用途、不足和解決的問(wèn)題。

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0.概述

　　當(dāng)發(fā)送方A向接收方B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮的問(wèn)題有：

　　1.數(shù)據(jù)的安全性。

　　2.數(shù)據(jù)的完整性，即數(shù)據(jù)不被篡改。

　　3.數(shù)據(jù)的真實(shí)性，即數(shù)據(jù)確實(shí)來(lái)自于發(fā)送方，傳輸過(guò)程中沒(méi)有被替換。

　　4.數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性，即驗(yàn)證發(fā)送方確實(shí)發(fā)送了數(shù)據(jù)。

　　本文只是對(duì)整套體系做一個(gè)整體的介紹，后續(xù)文章詳細(xì)講解各個(gè)步驟和算法。

　　本文的整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。

平面設(shè)計(jì)培訓(xùn),網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)培訓(xùn),美工培訓(xùn),游戲開(kāi)發(fā),動(dòng)畫(huà)培訓(xùn)

 

　　基本概念： 

　　密碼：按特定法則編成，用以對(duì)通信雙方的信息進(jìn)行明密變換的符號(hào)。

　　密鑰：在現(xiàn)代密碼學(xué)中，秘鑰指的是一組特定的秘密數(shù)據(jù)，在加密時(shí)，它控制密碼算法按照指定的方式將明文變換為相應(yīng)的密文，并將一組信源標(biāo)識(shí)信息變換不可偽造的簽名；在解密時(shí)，它控制密碼算法按照指定的方式將密文變換為相應(yīng)的明文，并將簽名信息變換成不可否認(rèn)的信源證據(jù)。

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1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/span>

　　保證數(shù)據(jù)傳輸安全的方法就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密了，常用的加密算法有對(duì)稱(chēng)加密和非對(duì)稱(chēng)加密。

1.1 對(duì)稱(chēng)加密

　　又稱(chēng)共享加密，加解密使用相同的密鑰。

常見(jiàn)算法：

　　DES 3DES AES RC5 RC6

例：

　　1).為了安全，A將數(shù)據(jù)加密發(fā)送給B。

　　2).密文即使在傳送過(guò)程中被截獲，因?yàn)椴恢烂荑€也無(wú)法解密。

　　3).B接收到密文之后，需要使用加密相同的密鑰來(lái)解密。

　　4).需要A將密鑰傳給B，但保證密鑰傳輸過(guò)程中的安全又成了問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：

　　計(jì)算速度快。

缺點(diǎn)：

　　為了傳送數(shù)據(jù)的安全，將數(shù)據(jù)加密后進(jìn)行傳輸，但是對(duì)稱(chēng)加密需要發(fā)送方將密鑰安全地傳給接收方以便接收方解密，因此密鑰如何安全傳送又成了一個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題：

　　如何保證密鑰的安全性？

1.2 非對(duì)稱(chēng)加密

　　也稱(chēng)公鑰加密，這套密鑰算法包含配套的密鑰對(duì)，分為加密密鑰和解密密鑰。加密密鑰時(shí)公開(kāi)的，又稱(chēng)為公鑰；解密密鑰時(shí)私有的，又稱(chēng)為私鑰。數(shù)據(jù)發(fā)送者使用公鑰加密數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收者使用私鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)解密。

常見(jiàn)算法：

　　RSA

例：

　　1).B生成密鑰對(duì)，將公鑰傳給A，私鑰自己保留。公鑰即使被其他人獲得也沒(méi)有關(guān)系。

　　2).A用B傳過(guò)來(lái)的密鑰將要發(fā)送的明文數(shù)據(jù)加密，然后將密文發(fā)送給A。其他人即使獲得密文也無(wú)法解密，因?yàn)闆](méi)有配對(duì)的用來(lái)解密的私鑰。

　　3).B接收到A傳送過(guò)來(lái)的密文，用自己保留的私鑰對(duì)密文解密，得到明文。

優(yōu)點(diǎn)：

　　解決了密鑰的安全性問(wèn)題。

缺點(diǎn)：

　　一是計(jì)算速度慢；

　　二是無(wú)法保證公鑰的合法性，因?yàn)榻邮盏降墓€不能保證是B發(fā)送的，比如，攻擊者截獲B的消息，將公鑰替換。

　　這里先留下一個(gè)問(wèn)題，后面敘述解決辦法：如何保證公鑰是合法的？

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2.保證數(shù)據(jù)完整性

消息摘要

　　消息摘要函數(shù)時(shí)一種用于判斷數(shù)據(jù)完整性的算法，也稱(chēng)為散列函數(shù)或哈希函數(shù)，函數(shù)的返回值就散列值，散列值又稱(chēng)為消息摘要或者指紋。

　　這種算法是不可逆的，即無(wú)法通過(guò)消息摘要反向推導(dǎo)出消息，因此又稱(chēng)為單向散列函數(shù)。

常見(jiàn)算法：

　　MD5 SHA

例：

　　當(dāng)我們使用某一軟件時(shí)，下載完成后需要確認(rèn)是否是官方提供的完整版，是否被人篡改過(guò)。通常軟件提供方會(huì)提供軟件的散列值，用戶(hù)下載軟件之后，在本地使用相同的散列算法計(jì)算散列值，并與官方提供的散列值向?qū)Ρ?。如果相同，說(shuō)明軟件完整，未被修改過(guò)。

優(yōu)點(diǎn)：

　　可以保證數(shù)據(jù)的完整性。

缺點(diǎn)：

　　無(wú)法保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，即不能確定數(shù)據(jù)和散列值是來(lái)自發(fā)送方的，因?yàn)楣粽咄耆梢詫?shù)據(jù)和散列值一起替換。

問(wèn)題：

　　如何驗(yàn)證發(fā)送的數(shù)據(jù)確實(shí)來(lái)自于發(fā)送方？

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3.保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性

　　要保證數(shù)據(jù)來(lái)自發(fā)送方，即確認(rèn)消息來(lái)自正確的發(fā)送者，稱(chēng)為消息認(rèn)證。

3.1 消息認(rèn)證碼

　　消息認(rèn)證碼（Message Authentication Code，簡(jiǎn)稱(chēng)MAC）是一種可以確認(rèn)消息完整性并進(jìn)行認(rèn)證的技術(shù)。消息認(rèn)證碼可以簡(jiǎn)單理解為一種與密鑰相關(guān)的單向散列函數(shù)。

例：

　　1).A把消息發(fā)送給B前，先把共享密鑰發(fā)送給B。

　　2).A把要發(fā)送的消息使用共享密鑰計(jì)算出MAC值，然后將消息和MAC發(fā)送給B。

　　3).B接收到消息和MAC值后，使用共享密鑰計(jì)算出MAC值，與接收到的MAC值對(duì)比。

　　4).如果MAC值相同，說(shuō)明接收到的消息是完整的，而且是A發(fā)送的。

　　這里還是存在對(duì)稱(chēng)加密的密鑰配送問(wèn)題，可以使用公鑰加密方式解決。

優(yōu)點(diǎn)：

　　可以保證數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。

缺點(diǎn)：

　　接收方雖然可以確定消息的完整性和真實(shí)性，解決篡改和偽造消息的問(wèn)題，但不能防止A否認(rèn)發(fā)送過(guò)消息。

例：

　　加入A給B發(fā)送了消息，B接收到之后，A否認(rèn)自己發(fā)送過(guò)消息給B，并抵賴(lài)說(shuō)，“雖然我和B都能計(jì)算處正確的MAC值，但是可能是B的密鑰被攻擊者盜取了，攻擊者給B發(fā)的消息。”

問(wèn)題：

　　如何讓發(fā)送方無(wú)法否認(rèn)發(fā)送過(guò)數(shù)據(jù)？

3.2 數(shù)字簽名

　　數(shù)字簽名（Digital Signature）可以解決發(fā)送方否認(rèn)發(fā)送過(guò)消息的問(wèn)題。

　　數(shù)字簽名的重點(diǎn)在于發(fā)送方和接收方使用不同的密鑰來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，并且保證發(fā)送方密鑰的唯一性，將公鑰算法反過(guò)來(lái)使用可以達(dá)到此目的：A發(fā)送消息前，使用私鑰對(duì)消息進(jìn)行簽名，B接收到消息后，使用配對(duì)的公鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證；如果驗(yàn)證通過(guò)，說(shuō)明消息就是A發(fā)送的，因?yàn)橹挥蠥采用配對(duì)的私鑰；第三方機(jī)構(gòu)也是依據(jù)此來(lái)進(jìn)行裁決，保證公正性。

例：

　　1).A把消息用哈希函數(shù)處理生成消息摘要，并報(bào)摘要用私鑰進(jìn)行加密生成簽名，把簽名和消息一起發(fā)送給B。

　　2). 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給B，當(dāng)然，為了安全，可以用上述的加密方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

　　3). B接收到數(shù)據(jù)后，提取出消息和簽名進(jìn)行驗(yàn)簽。采用相同的哈希函數(shù)生成消息摘要，將其與接收的簽名用配對(duì)的公鑰解密的結(jié)果對(duì)比，如果相同，說(shuō)明簽名驗(yàn)證成功。消息是A發(fā)送的，如果驗(yàn)證失敗，說(shuō)明消息不是A發(fā)送的。

問(wèn)題：

　　依然是，如何確保公鑰的合法性？

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4.公鑰證書(shū)

　　我們看到，上面的公鑰加密，數(shù)字簽名的問(wèn)題都在于如何保證公鑰的合法性。

　　解決辦法是將公鑰交給一個(gè)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)——認(rèn)證機(jī)構(gòu)（Certification Authority）CA來(lái)管理。接收方將自己的公鑰注冊(cè)到CA，由CA提供數(shù)字簽名生成公鑰證書(shū)（Public-Key Certificate）PKC，簡(jiǎn)稱(chēng)證書(shū)。證書(shū)中有CA的簽名，接收方可以通過(guò)驗(yàn)簽來(lái)驗(yàn)證公鑰的合法性。

例：

　　1).接收方B生成密鑰對(duì)，私鑰自己保存，將公鑰注冊(cè)到CA。

　　2).CA通過(guò)一系列嚴(yán)格的檢查確認(rèn)公鑰是B本人的。

　　3).CA生成自己的密鑰對(duì)，并用私鑰對(duì)B的公鑰進(jìn)行數(shù)字簽名，生成數(shù)字證書(shū)。證書(shū)中包含B的公鑰和CA的簽名。這里進(jìn)行簽名并不是要保證B的公鑰的安全性，而是要確定公鑰確實(shí)屬于B。

　　4).發(fā)送方A從CA獲取B的證書(shū)。

　　5).A使用CA的公鑰對(duì)從CA獲取的證書(shū)進(jìn)行驗(yàn)簽，如果成功就可以確保證書(shū)中的公鑰確實(shí)來(lái)自B。

　　6).A使用證書(shū)中B的公鑰對(duì)消息進(jìn)行加密，然后發(fā)送給B。

　　7).B接收到密文后，用自己的配對(duì)的私鑰進(jìn)行解密，獲得消息明文。

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5.算法詳解索引

  　1.DES算法詳解（已完成）

　　2.RSA算法詳解

　　3.SHA算法詳解

　　4.AES算法詳解

　　5.待定

 

標(biāo)簽: 加密, 解密, 對(duì)稱(chēng)加密, 非對(duì)稱(chēng)加密, 消息摘要, 消息認(rèn)證, MAC, 數(shù)字簽名, 公鑰證書(shū)

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