密码学基本概念总结

密码学基本概念，对称加密、非对称加密、数字签名、证书、认证、PKI、加密通信等。

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第一部分 基本概念

1. 公钥密码(非对称加密)

只要拥有加密密钥(公钥)的人，都可以进行加密，但只有拥有解密密钥(私钥)的人，才可以解密。

如RSA --> 是一种非对称加密算法

加密：

 

公钥是(E,N)

(E是加密的首字母，N是数字的首字母)

解密：

 

私钥是(D,N)

D是解密的首字母，N是数字的首字母

2. 其他概念

单向散列函数

消息认证码

数字签名

消息认证码，需要A和B共享一个密钥，但这样无法防止否认，即A和B都有能力计算出MAC值。因此引入数字签名。

3. 数字签名

• 生成消息签名的行为
• 验证消息签名的行为
• 数字签名和公钥密码(非对称加密)区别(用法相反)：

 

 

 

用公钥加密得到的密文，只能用与该公钥配对的私钥才能解密；同样的，用私钥加密得到的密文，只能用与该私钥配对的公钥才能解密；

由于公钥算法非常慢

消息--> 单向散列函数-->签名

公钥(消息)+公钥的数字签名 --> 公钥证书

所谓证书，就是将公钥当做一条消息，由一个可信的第三方对其签名后所得到的公钥。

注意

(1)公钥密码和数字签名最好分别使用不同的密钥对

(2)不要直接对消息签名，对散列值签名比较安全

为了建立一个可信的数字签名链条，我们需要让公钥以及数字签名技术成为一种社会性的基础设施，即公钥基础设施(Public Key Instrastructure)，简称PKI。

第二部分 认证

1. 公钥证书

公钥证书和驾照相似，里面有姓名、组织、邮箱、地址等个人信息，以及属于此人的公钥，并由认证机构(Certification Authority，CA)施加数字签名。只要看到公钥证书，我们就可以知道认证机构认定该公钥的确属于此人。公钥证书也称为证书。

 

2. 证书标准规范X.509

(1)证书格式统一规范，最广泛的是由ITU和ISO制定的X.509规范。

(2)包含三部分：

签名前的证书---签名对象的信息

数字签名算法---对证书签名时所用的算法

数字签名---对证书施加的数字签名

 

3. 公钥基础设施(PKI)

(1)证书由谁颁发、如何颁发，私钥泄露时应该如何作废证书，计算机之间的数据交换应采用怎样的格式。要使用到PKI。X.509规范是PKI的一种。

(2)PKI的组成要素有三个：

用户(实体)---使用PKI的人(也可是计算机)

认证机构---颁发证书的人

仓库---保存证书的数据库

(3)具体介绍：

用户：包括两种，一种是希望使用PKI注册自己公钥的人，另一种是希望使用已注册公钥的人。

 

认证机构是对证书进行管理的人(Trent)。认证机构的工作中，公钥注册和本人身份认证这一部分可由注册机构(Registration Authority,RA)来分担。CA只负责颁发证书。

仓库：保存证书的数据库，，也叫做证书目录。

(4)PKCS#10:申请证书时所使用的规范

(5)PKCS#6：生成证书的格式是由PKCS#6和X.509定义的。

(6)作废证书：CA需要制作一张证书作废清单(Certificate Revocation List)简称CRL.

PKI用户需要从认证机构获取最新的CRL，并查询自己要用于验证签名(或用于加密)的公钥证书是否已经作废。

4. 证书层级

(1)对于认证机构的公钥，可以由其他的认证机构施加数字签名，从而对认证机构的公钥进行验证。即生成一张认证机构的公钥证书。

(2)根CA:认证机构的最根部，即不存在更高一层的认证机构，而对于根CA，则由根CA认证机构自己来颁发证书，这种对自己的公钥进行数字签名的行为成为自签名。

 

5. SSL/TLS

当我们访问https://开头的网页时。web服务器和浏览器之间会进行基于SSL/TLS的加密通信。在这样的通信中所使用的密钥是仅限于本次通信的一次性密钥，下次通信时就不能使用了。像这样每次通信只能使用一次的密钥成为会话密钥(session key)。

加密对象是用户直接使用的信息(内容)，这样的密钥称为CEK(Contents Encrypting Key,内容加密密钥)，相对的，用于加密密钥的密钥称为KEK(Key Encrypting Key，密钥加密密钥)。会话密钥都是被作为CEK使用的。

 

SSL(Secure Socket Layer)与TLS(Transport Layer Security)

 

SSL是事实上的行业标准，而TLS相当于SSL3.1。

SSL/TLS提供了一种密码通信框架，称为密码套件，这意味着SSL/TLS中使用的对称密码，公钥密码、数字签名、单向散列函数等技术，都是可以像零件一样替换的。

使用SSL/TLS后，通信内容不会在通信过程中被第三方获取。

在SSL/TLS中，我们能够通过证书对服务器进行认证。只是确认了通信对象是经过认证机构确认的服务器，而不能确认是否可以和该通信对象进行安全的交易。

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