密码学算法应用机制

密码学算法 图示

0. 前言

一般人往往认为"保密的密码算法比较安全", 然而密码界的常识却是"不要使用保密的密码算法".

本文的插图主要来自图解密码技术一书, 也有google里搜索到的相关图片. 因为内容比较多,虽然都是图片和示范,适合产品了解相关的产品流程图细节,但是不容易短时间内把内容串起来理解.
推荐一个简单易懂的应用介绍:
What is a Digital Signature?
http://www.youdzone.com/signature.html
看完之后对整体概念有介绍, 然后再把下面的内容作为逐个的细节进行深入的了解.

1. 对称密码(共享秘钥密码)

对称密码(symmetric cryptography)是指在加密和解密时使用同一秘钥的方式.

1.1 对称秘钥

加解密展示:

加解密过程:

1.2 中间人攻击引发的对称秘钥配送问题

如果要在2个不同的人之间进行加密的通讯,那么秘钥配送就是一个问题,会引发中间人的窃取.
秘钥配送问题

公钥的意义在于,解决了中间人攻击,共享秘钥的配送问题.

2. 公钥密码

公钥密码(public-key cryptography)是指再加密和解密时使用不同秘钥的方式. 因此又称为非对称密码(asymmetric cryptography).
加解密展示:

加解密过程:

通过公钥加密发送消息过程:

2.1 RSA

RSA的加密解密

RSA密钥对的生成

2.1.1 RSA密钥对生成, 加密,解密的过程实例

...

2.1.2 RSA与质数

质数会不会用光呢?
512比特能容纳的质数数量比整个宇宙的原子还多, 生成质数组合撞车的可能性可以认为是没有的.

2.2 针对公钥的中间人攻击

公钥没有被破译, 但是仅靠公钥无法防御中间人攻击.

所以需要认证对方的公钥来确认身份.

3. 单向散列（哈希）函数

单向散列函数可以获取消息数据的指纹,通过对比指纹,就可以知道两条消息是否一致.
特点:
1. 根据任意长度的消息计算出固定长度的散列值.
2. 计算时间必须要短.
3. 消息不同,散列值不同.哪怕只有1比特的变化,也要有很高的概率产生不同的散列值. (抗碰撞性, collision resistance).
4. 单向性, 无法通过散列值反算出消息的性质.

散列函数展示:

散列函数应用于密码验证图示:

散列函数应用于软件未篡改验证图示:

4. 数字签名

4.1 公钥密码与数字签名的关系

4.1.1 回顾公钥密码的机制:

4.1.2 数字签名的机制:

加密相当于生成签名,解密相当于验证签名.

数字签名的应用:

4.1.3 签名和验证过程:

签名与验证展示:

签名与验证过程:

对消息的散列值进行签名:
公钥密码算法比较慢, 通过生成消息的散列值,然后再签名, 比较轻松.
对消息的散列值签名和验证的时间过程:

4.2 用RSA实现数字签名

针对公钥密码的中间人攻击(man-in-the-middle attack)对数字签名也颇具威胁.

5. 混合密码

用于加密内容的秘钥和用于加密秘钥的秘钥:

混合密码加解密示意:

用混合密码加密过程:

用混合密码解密过程:

基于口令的秘钥(password based encryption):

PBE加密:

PBE解密:

其中盐Salt是用于防止字典攻击的.

6. CA 与 PKI

6.1 CA认证机构协助完成认证与加密通讯的机制

认证机构必须是可信的.

6.2 PKI

PKI的组成要素与证书注册下载

7. PGP

PGP的加密过程:

PGP的解密过程:

PGP的签名过程:

PGP的验证签名过程:

签名并加密过程:

解密并验证签名过程:

8. SSL/TLS 安全通信

9. 密码技术与现代社会

9.1 密码学家的工具箱汇总

9.2 密码技术就是压缩:

9.3 量子密码

总结

解决问题链:

最后追溯到对根CA的信任问题.

资料链接:

图解密码技术, 结城浩, 人民邮电出版社
google image

深入揭秘HTTPS安全问题&连接建立全过程
https://zhuanlan.zhihu.com/p/22142170