应用篇——密钥
无论是对称密码、公钥密码还是消息认证码、数字签名等密码技术，都需要使用密钥，那什么是密钥？
目录
一、密钥介绍
密钥分类
1）根据用途分类：
2）通过使用次数分类：
3）根据加密对象分类：
二、密钥的管理
1.密钥的生成
1）使用随机数生成密钥
2）使用口令生成密钥
2.配送密钥
3.更新密钥
4.保存密钥
5.作废密钥
三、简单分析diffie-hellman密钥交换
密钥交换步骤
四、基于口令的密码（PBE）
1.PBE加密过程
2.PBE解密过程
3.盐的作用
4.生成口令的注意事项：
一、密钥介绍
密钥：是一种在明文转密文或密文转明文的算法中输入的参数
在密钥中，数字本身大小并不重要，重要的是密钥的空间大小（可能出现的密钥总数量）；因为密钥空间越大，进行暴力破解就越困难。密钥的空间大小是由密钥长度决定的
- 信息的机密性，不能依赖密码算法，而是要依赖妥善保管的密钥 ；
- 明文和密钥的价值相等，没有明文，密钥就没有价值，没有密钥，明文就不能保证其价值
密钥分类
1）根据用途分类：
对称密钥：加密和解密使用同一个密钥，由于需要收发双方要共享密钥，因此要对除发送者和接收者之外的人保密
公钥密钥：加密和解密使用的是不同的密钥，其中，公钥加密，私钥解密；公钥可以公开，而私钥只能自己持有
消息认证码：接收者和发送和之间共享密钥来认证，认证码只能由持有合法密钥的认得出；通常将消息认证码附在报文后面，可识别消息是否被篡改或伪装
消息认证码也是收发双方的合法证明，因此需要对除收发双方以外的人保密
数字签名：和公钥密码相反，私钥用于生成签名，公钥用于验证签名
对称密码和公钥密码是用于确保机密性的密钥；消息认证码和数字签名是用于认证的密钥
2）通过使用次数分类：
会话密钥：每次通信只使用一次的密钥；会话密钥只在本次通信中有效，在下一次时，使用新的密钥
主密钥：一直重复使用的密钥
3）根据加密对象分类：
CEK（内容加密密钥）：加密的对象是用户直接使用的信息
KEK（密钥加密密钥）：用于加密密钥
二、密钥的管理
1.密钥的生成
1）使用随机数生成密钥
使用伪随机数生成器来生成密钥，需要注意：密码学用途的伪随机数生成器必须专门针对密码学用途而设计（具备不可预测的性质）
2）使用口令生成密钥
使用可记住的口令来生成密钥（已经很少直接使用），现在都是将口令输入单向散列函数得到的散列值作为密钥使用
2.配送密钥
采用事先共享密钥、密钥分配中心、公共密钥、Diffie-Hellman密钥交换等方法
3.更新密钥
在使用共享密钥进行同通信时，定期改变密钥（收发双方使用同样的方法同时更改）
原理：使用当前密钥散列值作为下一个密钥
4.保存密钥
在该密钥需要重复使用时使用
为了使该密钥保密，要使用另一个密钥对其进行加密行加密（KEK）；虽然完全解决文件机密性问题，但可以减少要保管的密钥数量（使用一个密钥同时加密多个密钥，因此该密钥的价值也就等于这多个密钥）
5.作废密钥
在计算机上仅是删除文件是不够的，因为现在有很多可以恢复误删文件的软件（删除的文件实际并没有删除，只是不显示了而已）；因此要作废密钥时，不仅仅删除就可以，还需要将密钥列入CRL中
三、简单分析diffie-hellman密钥交换
使用该算法，通信双方仅交换一些公开信息，就能生成共享密钥（IPsec就使用了改良版的diffie-hellman），因此也称为Diffie-hellman密钥协商
密钥交换步骤
1）Alice向Bob发送P和G这两个质数
P必须非常大，G是P的生成元【1】；P与G不需要保密，可有收发双方任意一方生成
2）Alice生成一个随机数A
A是一个1~P-2之间的整数，只有Alice知道
3）Bob生成一个随机数B
同上，只有Bob知道
4）Alice将G^A mod P发送给Bob（可公开）
5）Bob将G^B mod P 发送给Alice （可公开）
6）Alice用Bob发送来的数计算共享密钥（Bob也用Alice发送过来的数计算密钥）
Alice的密钥 =（G^B mod P）^A mod P = G^A×B mod P
Bob的密钥 = （G^A mod P）^B mod P = G^B×A mod P
由上得出Alice的密钥=Bob的密钥
在该交换密钥中，最主要的是A和B，不能让第三方知道
根据G^A mod P 求A的有效算法还未出现，该问题可称为有限群的离散对数问题
【1】生成元：群中元素可以由最小数目个群元的乘积生成，这组群元称为该群的生成元，生成元的数目为有限群的秩
生成元的乘方结果与1~P-1的数字一一对应
四、基于口令的密码（PBE）
根据口令生成密钥并使用该密钥进行加密，其中加密与解密使用同一个密钥
PBE算法在加密过程中并不是直接使用口令来加密，而是加密的密钥由口令生成，这个功能由PBE算法中的KDF函数完成。KDF函数的实现过程为：将用户输入的口令首先通过“盐”（salt）的扰乱产生准密钥，再将准密钥经过散列函数多次迭代后生成最终加密密钥，密钥生成后，PBE算法再选用对称加密算法对数据进行加密，可以选择DES、3DES、RC5等对称加密算法
1.PBE加密过程
1）生成KEK
使用伪随机数生成器生成称为“盐”（salt）的随机数，将盐和Alice的口令一同输入到单向散列函数，得到的散列值就是密钥加密密钥（KEK）
盐：一种抵御字典攻击的防御机制
2）生成会话密钥并加密
继续使用伪随机数生成器生成会话密钥（CEK，用于加密消息），将（1）生成的KEK加密CEK，并将盐和加密过的CEK保存在的安全地方，并丢弃KEK（使用盐和口令就可以重建）
3）加密消息
使用（2）中生成的会话密钥加密消息
最后PBE的输出为：盐、KEK加密后的CEK，CEK加密后的消息
2.PBE解密过程
1）重建KEK
将盐和口令一同输入单向散列函数得出散列值就是KEK
2）解密会话密钥
将KEK加密过的CEK使用（1）得到的KEK进行解密，可得到CEK
3）解密消息
使用（2）得到的CEK解密被加密的消息
3.盐的作用
字典攻击：是一种使用预先准备好的候选密钥列表，在需要破解密码时，使用该列表逐条对应进行匹配，可缩短大量时间的一种攻击方式
在生成密钥时，没有加盐的话；攻击者会在事先生成大量的候选密钥，进行匹配；如果在生成密钥时加盐，盐的长度越大，候选密钥的数量就越多（密钥空间越大）；只要攻击者没有获得盐，就无法生成密钥
4.生成口令的注意事项：
1）只使用自己知道的信息
- 不要使用对自己重要的信息（生日、对象名字之类的）
- 不使用关于自己的信息（姓名、员工号、地址等）
- 不要使用别人见过的信息（星期、星座等）
2）将多个不同口令分开使用
很多人无论QQ也好、淘宝也好、电子邮箱也好都是用同一个密码，这会造成当密码被破解时，与自己相关的应用都会受到损害
；也不要使用只变了一部分的密码（www123、www124、www125之类的）因为只要破解出一个，其他也很轻松被推测出来
3）密码的局限性
随着计算机的发展，其计算速度越来越快；因此使用暴力破解的速度也就越来越快