密码学基础知识

网络安全三要素

• 机密性
• 完整性
• 可用性

古典加密

替换：

摩斯密码，凯斯密码

移位：

栅栏密码

替换+移位：

凯撒+栅栏

近现代加密

流加密：

• 将明文按字符逐位（逐比特）地、对应地进行加密。
• 如RC系列

分组加密：

• 将明文分成固定长度的分组，如64bit或128bit一组，用同一密钥和算法对每个分组加密。
• 如DES、3DES、AES、IDEA

对称式加密

• 对称加密是指通信双方对信息的加密和解密都使用相同的密钥
• 对称加密机制的安全性取决于密钥的保密性，而不是算法的安全性。即便知道了密文以及加密算法的原理，也无法解密。
• 不需要对算法保密，只需要对密钥进行保密
• 对称式加密的优缺点：
  • 优点：效率高，适合对大数据块的加密
  • 缺点：密钥管理困难，密钥维护的工作量大

非对称式加密（公钥加密）

• 每个用户拥有一对密钥：一个私钥和一个公钥
• 私钥由用户严密保管，公钥发布出去，所以人都可以自由获得
• 用公钥加密的信息只能用相应的私钥解密
• 根据私钥，可以计算出公钥，但是根据公钥，却无法计算出私钥
• 非对称式加密的优缺点：
  • 优点：密钥管理简单，密钥维护的工作量比较小
  • 缺点：加密效率不高，相比对称式加密要慢三个数量级，主要用于小数据块的加密。

对称式加密与非对称式加密的结合使用

• 数据加密采用对称式加密
• 非对称式加密专用于传送对称加密的密钥

数字签名

认证

• 身份认证，验证信息的发送者是真实的，而不是冒充的
• 一致性验证，保证信息在传送过程中未被篡改或重放等。

数字签名是指发送方使用私钥加密要发送的数据，接受方使用发送方的公钥解密数据。

• 通过数字签名可以使接收方确认发送方的身份
• 发送方也不能对发送出去的数据抵赖
• 在发送方用私钥将明文加密的操作称为签名
• 在接收方，用公钥将密文解密的过程称为认证

非对称加密的主要用途：密钥交换、数字签名

消息摘要算法（Hash 算法、散列算法 ）

Hash算法的特点：Message Digest

• 定长输出，无论原始数据多大，其结果大小一样
• 不可逆，加密后的数据无法被解密
• 输入一样，输出必定一样
• 雪崩效应，输入发生微小改变，将引起结果发生巨大改变

常用的Hash算法：MD5、SHA

• md5sum /etc/passwd sha1sum /etc/passwd
• openssl dgst -md5 /etc/passwd

Hash算法与数字签名的结合使用

• Hash算法不适合数据加密，主要用于数据完整性校验和身份验证
• 先用Hash算法对要进行数字签名的数据计算得到的Hash值，再用私钥对Hash值加密
• 接收方先用公钥解密得到Hash值，然后对原始数据也进行同样的Hash运算，最终对结果进行比较
• 通过这种方式还可以防止伪造Hash值，如果发送方不采用数字签名，那么如果数据在传输过程中被黑客截获，然后修改原始数据并生成新的Hash值再发送给接收方，这样对于接收方也无法判断数据所接收的数据和Hash值是否被篡改过。
• 将数字签名与消息摘要结合使用，既可提高效率又可保证安全性。

利用Hash值存放密码

Hash算法还被用来对数据进行单向加密（Hash具有不可逆性）

• 在Windows、Linux系统以及互联网的大多数应用中，都是采用了Hash算法对用户的密码进行加密之后再进行存储
• 对于系统中存放的用户密码，只需验证其是否正确，而无需知道其明文是什么

安全技术综合应用

• PGP（Pretty Good privacy）协议
• 主要为电子邮件提供身份认证和机密性服务

发送方过程：

接收方过程：

数字证书和CA

• 目前主要采用数字证书来分发公钥
• 数字证书由可信任的第三方权威机构CA（Cerfiticate Authority）颁发，CA负责证书的有效性
• CA负责注册证书、颁发证书，并当证书包含的信息变得无效之后撤销证书
• 用户向CA出具公钥并得到证书，然后就可以公开这个证书。任何需要用户公钥的人都可以得到这个证书，并通过CA的签名来验证证书的有效性

数字证书的格式

• 数字证书将用户身份信息与他的公钥绑定在一起，并要有CA的数字签名。
• 数字证书要求具有统一的格式，目前所使用的证书大都遵循由国际电信联盟指定的x.509数字证书标准，符合该标准的证书主要包含以下内容：
  • 序号：由CA分配的本证书的唯一标识符
  • 签名算法：本证书所使的数字签名算法
  • 颁发者：CA的相关信息。
  • 有效期：证书的有效时间段
  • 使用者：证书拥有者的相关信息
  • 公钥：公钥信息以及所使用的加密算法
  • 指纹：CA的数字签名

CA认证中心

• 通过CA来管理和确认公钥的合法性。自签发
• CA必须要得到用户的信任。

在Windows或linux中会自带一些信任的CA证书

公钥基础设施PKI

• PKI（Public Key Infrastructure）,主要由以下四部分组成：
  • 证书颁发机构CA，负责颁发证书
  • 证书注册机构RA，可以接受用户的证书注册申请
  • 证书吊销列表CRL，用于存放作废的证书
  • 证书存取库，用于存放证书，供用户获取
• PKI所能提供的三大功能：加密、签名、认证
• PKI中最基本的元素是数字证书，安全操作主要通过证书来实现
• PKI中最重要得到设备是CA，负责颁发并管理证书
• PKI的核心技术是公钥加密技术（非对称式加密）

SSL协议

• SSL（Secure Sockets Layer,安全套接字层）协议，由Netscape公司研发，可以提供数据加密、数字签名、消息摘要等安全功能，被放置在应用层和传输层之间，可供应用层的程序任意调用。
• HTTP和SSL结合在一起就称为HTTPS（基于SSL的HTTP）的协议，端口号也随之变成了TCP443。

TLS协议

• TLS（Transport Layer Security，传输层安全）协议，被视为SSL的升级版和继任者，由国际互联网工程任务组IETF仿照SSl开发
• TLS和SSL，两种协议的运行基址基本相同，由于SSL协议不断曝出各种漏洞，因而TLS协议应用越来越广泛，逐渐成为事实标准。
• OpenSSL是用于实现SSL/TLS协议的最知名得到开源软件

TLS和SSL像是一种理论，OpenSSL更像是一种实现理论的。