密码技术学习

技术

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

对称密码

• 对称密码存在密钥配送的问题，如何将密钥安全的发送给接收者
• XOR可以作为一个对称密码算法 $Axor B xor B = A$，其中 A 是明文，B是密钥
• 一次性密码本是无条件安全的，在理论上是无法破译的

DES

• 已经不再使用
• DES(Data Encryption Standard) 是一种将64bit的明文加密成64bit的密文的对称密码算法，它的密钥长度是56bit。
• DES是以64bit的明文为一个单位进行加密的，这个64bit的单位成为分组。一般来说，以分组为单位进行处理的密码算法成为分组密码

DES的结构 (Fiestel 网络)

3重 DES

• 3重DES由于兼容DES，可能还是使用一段时间，但是会被AES取代
  

AES(Advanced Encryption Standard)

• AES 是取代 DES成为新标准的一种对称加密算法。
• AES(Rijndeal) 也是分组密码算法，分组长度为128bit，密钥长度可以32bit为单位在128bit和256bit的范围进行选择，但是AES规格中，密码长度只有128、192、256bit三种。

分组密码的模式

非对称密码

• 用公钥(public-key cryptography)加密，用私钥解密
• 使用公钥密码，解决了密钥配送的问题
• 公钥和私钥是一一对应的，成为密钥对(key pair)
• RSA 是公钥密码的事实标准

特性

• 发送者使用加密密钥
• 接收者使用解密密钥
• 加密密钥可以公开
• 解密密钥一定要保密

流程

• 接收者生成公私钥对，发送公钥给发送者
• 发送者使用公钥加密明文
• 接收者使用私钥解密密文

需要解决的问题

• 处理速度只有对称密码的几百分之一
• 公钥认证问题(为了应对中间人攻击)

RSA是一种公钥密码算法，可以用于公钥密码和数字签名

• RSA利用质因分解的困难度
• 在RSA中,密文、明文、公钥都是数字，加密过程如下，对代表明文的数字的E次方求模N,(E,D,N都是很大的数字，512比特以上)

  $密文 = 明文^E mod N$ (E,N的组合就是公钥)

• 解密过程

  $明文 = 密文^D mode N$ (D,N的组合就是私钥)
  

ElGamal

• 利用mod N 求离散对数的困难度

Rabin

• 利用mod N 求平方根的困难度

椭圆曲线密码 ECC

• 将椭圆曲线上的特定点进行特殊的乘法运算，利用了这种乘法运算的逆运算困难度

单向散列函数(一致性或者完整性验证)

• 用于获取信息的摘要

• 输入消息，输出散列值，散列值用于检查消息的完整性

• 散列值的长度和消息的长度没有关系

• MD4、MD5 是单向散列函数，已经不安全了。(MD是message digest的缩写)

• SHA、SHA-1(已经被攻破)、SHA-256、SHA-384、SHA-512(统称为SHA-2，还未被攻破)

数字签名

• 数字签名 由单向散列函数和公钥密码组成
• 先通过单向散列函数计算出消息的散列值，再对散列值施加数字签名。

证书

• 证书由公钥和数字签名组成

消息认证码(message authentication code MAC)

• MAC是一种确认完整性并进行认证的技术
• 消息认证码是由单向散列函数和密钥组合而成，也可以通过对称密码来生成