密码学、电子签名、电子信封以及密钥安全等知识点

• 一、密码学基础
• • 1. 密码学基本概念
  • 2. 密码技术的主要用途
• 二、密码算法
• • 1. 密码算法的安全性
  • 2. base64
  • 3. 密码算法体制
  • 4. 算法模式
• 三、对称密钥与非对称密钥算法
• • 1. 对称密钥加密算法
  • 2. 对称密钥管理方案：
  • 3. 非对称密钥算法
  • 4. RSA与ECC算法的区别
  • 5. 对称加密算法与非对称加密算法的区别
  • 6. 对称密钥与非对称密钥算法的组合应用
• 四、HASH算法
• • 1. 特点：
  • 2. 用途
  • • 3. 常见HASH算法
    • 4. 对称加密算法与非对称加密算法、哈希算法的区别
• 五、密钥安全
• • 1. 对密码的攻击
  • 2. 密钥的安全性
  • 3. 密钥的保存及使用方案
  • 4. 密码硬件与密钥安全性
  • 5. 沙米尔门限方案
  • 6. 分布式密钥安全方案
  • 7. 如何保障公钥安全
  • 8. CA证书
  • 9.数字证书基础（X.509V3）
  • • 10. 验证证书的流程
• 六、电子签名
• • 1. 电子标签的目标
  • 2. 数字信封
  • • 1）数字信封的目标
    • 2）数字信封的传输过程
• 七、PKI公钥基础设施
• • 1. PKI组成
  • 2. PKI系统组成
  • 3. CA证书颁发机构
  • 4. 证书发布系统
  • 5. NetSign的基本架构

一、密码学基础

1. 密码学基本概念

密码学基本模型：

2. 密码技术的主要用途

数据保密
认证技术
信息技术的完整性
抗抵赖

二、密码算法

1. 密码算法的安全性

  如果破译算法的代价大于加密数据本身的价值，或者在信息

的生命期内无法破解，那么你的算法可能是安全的。

  一个算法被称为是计算上安全的，如果一个算法用可得到的

资源不能破解。

    处理复杂性：计算量，CPU时间

     数据复杂性：所需输入数据量

    存储复杂性：计算所需的存储空间

2. base64

3. 密码算法体制

对称密钥算法

• 分组密码

3DES
AES DES替代者
RC2 RC5
BLOWFISH TWOFISH

• 序列密码

对称密钥算法
  加密Key=解密key
  常用算法包括DES3 DES AES RC4SM1SM4（国产）

• 优点
    加密速度快，便于硬件实现和大规模生产
• 缺点
    需要保障密钥安全
    无法用来签名和抗抵赖

非对称密钥算法
数字摘要HASH

4. 算法模式

• 电子密码本（ Eletronic Cood Book，ECB）
  电子密码本模式

优点:

1. 简单
2. 有利于并行计算；
3. 误差不会被传送；（算错了重新算就可以了）

缺点:

1. 不能隐藏明文的模式；
2. 可能对明文进行主动攻击；

• 密码分组链（ Cipher Block Chaining，CBC）
  

优点:

• 不容易主动攻击安全性好于ECB适台传输长度长的报文是SSL、 IPSec的标准。

缺点:

• 不利于并行计算;

• 误差传递;

• 需要初始化向量Ⅳ

• 密文反馈（ Cipher FeedBack，CFB）

• 输出反馈（ Output FeedBack，OFB）

• 流密码模式（现在用的很少）
  

三、对称密钥与非对称密钥算法

1. 对称密钥加密算法

常见的对称密钥加密算法有:
DES、3DES、RC2、RC5、AES、SM1（国产，硬件）、SM4（国产）等
 对称密钥的管理问题：

• 产生
• 分发
• 保存
• 更新
  （密码算法是公开的，密钥是私密的）

2. 对称密钥管理方案：

三级密钥体系（银行用的比较多）

3. 非对称密钥算法

非对称密码体制也叫公开密钥密码体制、双密钥密码体制。其原理是加密密钥与解密密钥不同，形成一个密钥对，用其中一个密钥加密的结果，可以用另一个密钥来解密。

目前音遍使用的非对称加密算法主要有RSA、 Elgamal（离散对数）、ECC（椭圆曲线）等

• 特点

  加密和解密使用不同的密钥

  一个密钥公开，称公钥

  一个密钥保密，称私钥（一对密钥）

  常用算法: RSA ECC

  也称公开密钥算法

• 优点

  密钥分配，不必保持信道的保密性

  可以用来签名和防抵赖
  
  数字签名：
  

4. RSA与ECC算法的区别

• 都是国际主流算法

• 数学基础不同

• 密钥的产生过程不同

• ECC密钥短、速度更快

  • 更适应于短数据的加密，物联网环境下使用更多

• RSA发展历史长，成熟，已实现的加速产品众多

5. 对称加密算法与非对称加密算法的区别

（非对称加密算法更复杂一些）

6. 对称密钥与非对称密钥算法的组合应用

• 随机产生一个对称加密密钥A
• 用对称加密密钥算法加密文件D得到D′
• 用非对称密钥的公钥P1加密对称加密密钥A称为A′
• 用非对称密钥的私钥P2解密A′得到A
• 用A解密D′得到D

四、HASH算法

1. 特点：

• 没有密钥的加密算法
• 输出长度为定值：输入空间无穷无尽，输出空间有限
• 唯一性：相同的输入，相同的输出
• 随机性：不同的原文，完全不同的输出。即使原文只相差一点点，输出也会完全不同
• 不可逆：不能从摘要反推原文
• 碰撞：一定有，但难以寻找–稳定可到的抚到碰撞的方法就是破解方法

2. 用途

• 数据指纹

  • 用来防止数据被改，例如文档、程序从网站下载，同时发布文件指纹（校验码）

• 数据脱敏

  • 电话号码、身份证号码，需要核对，但又不愿意公开提交，可以用其哈希值来比对

• 登录校验

  • 登录囗令的 shadow

• 比特币

  • 比特币挖矿，挖的就是哈希值

3. 常见HASH算法

• MD5 128Bit
• Sha-1 160Bit
• SHA-224，SHA256，SHA-384和SHA-512

4. 对称加密算法与非对称加密算法、哈希算法的区别

五、密钥安全

1. 对密码的攻击

• 攻击密钥

  • 窃取明文密钥，从文件、内存、网络流量等
  • 窃取被保护的密钥:攻击加密芯片，切片，功率谱分析，电磁辐射等

• 攻击算法

  • 王小云破解哈希算法
  • RSA2048以下破解
  • DES等算法破解

• 攻击协议

  • 电子密码本方式的明文密文对照分析
  • CBC模式的|V

• 攻击应用

  • 重放攻击

绝大多数攻击针对密钥，HASH算法除外，HASH算法没有密钥，针对算法。（最安全的方法放到芯片里，不是放在硬件里面的都认为不安全）

2. 密钥的安全性

• 对称密钥

  • 产生、分发、保存、更新
  • 安全性：多一个人知道，安全性下降一半；双方谁泄露，说不清；对方有无泄露，不知道；
  • 成本：与用户规模相关，分发成本高、保存成本高
  • 使用限制：不能用于抗抵赖防篡改

• 非对称密钥

  • 产生、分发、保存、更新
  • 安全性：私钥只与自己相关；谁泄露谁担责；公钥完全公开，无需保密
  • 成本：单个私钥，容易管理和保存

3. 密钥的保存及使用方案

• 磁盘文件，使用时调入内存

  • 系统不安全，则不安全
  • 系统文件被盗取、内存中被盗取

• 加密的磁盘文件，使用时调入內存解密使用

  • 系统不安全，则存在风险
  • 存在被盗取和暴力破解可能，且难以发现–不能防复制
  • 内存中被盗取

• 内存动态存储

  • 内存攻击、线程攻击可能造成泄露

• 每次使用时人工输入

  • 记忆困难
  • 不能自动化、高性能应用
  • 内存中被盗取

• 使专业的加密硬件

• 分段分散分布式保存

4. 密码硬件与密钥安全性

• 把密钥放进专业的密码硬件里
  • 密钥一辈子都在硬件里，不能拷贝出来
  • 密钥运算在硬件里，外面看不到密钥
  • 密钥的使用需要口令（PIN），控制了访问权限

5. 沙米尔门限方案

• 密钥被分成N份
• 其中任意M个可以拼接成完整的密钥
• N大于等于M
• 国内一般要求NM为5-3
• 密钥备份常常采用沙米尔方案，分段备份到C卡中
• 重要设备的操作授权经常采用沙米尔方案

6. 分布式密钥安全方案

• 面向移动平台
• 密钥被分成N份
• 所有N份均提供后可以拼接成完整的密钥
• 密钥运算并不需要将所有密钥片段收集到一起迸行，而是分布式进行，并将结果汇总后再组成最终结果。最终结果与使用完整密钥运算结果相同。
• 一般可能划分为以下部分
  • 服务端（云端）存储部分
  • 客户端（手机端）存储部分
  • 用户输入部分（可选）

7. 如何保障公钥安全

• 找一个公认可靠的人

• 大家都认识他、相信他

• 由他来公开每个公钥，且同时公布这个公钥是属于谁他认识每个被他公布了公钥的人，掌握他们的信息

   

• 这个公认可靠的人，对一个包含人名和公钥的文件签字

• 这个文件就是我们获得的他人的公钥信息

证明公钥的真实性：CA（有效期三年）

8. CA证书

• 个人信息
• 证书版本号（如X.509V3）
• 序列号SN
• 有效期
• 证书唯一名称DN
• 公钥
• 密钥用法
• 签名

9.数字证书基础（X.509V3）

数字证书的格式普遍采用的是X.509V3国际标准，一个标准的X.509数字证书包含以下一些内容：

证书的版本信息；
证书的序列号，每个证书都有一个唯一的证书序列号;证书所使用的签名算法；
证书的发行机构名称，命名规则一般采用X.500格式；
证书的有效期，通用的证书一般采用UTC时间格式， 它的计时范围为1950-2049；
证书所有人的名称，命名规则一般采用X.500格式；
证书所有人的公开密钥；
证书发行者对证书的签名。

10. 验证证书的流程

• 先验证签名证书有效性

  • CA公钥
  • CA公钥验证证书签名
  • 证书有效期
  • 证书作废状态
  • 证书密钥限制

• 用签名证书公钥完成数据签名验证

六、电子签名

1. 电子标签的目标

• 目标:防篡改，数据生成以后难以篡改，篡改必能发现

• 目标:抗抵赖，谁产生的数据不能抵赖，抵赖也没有用

• 目标:较高的运算效率
    

• 应用:审计（查看有没有出格的操作）

• 应用:证据

• 应用:合同

2. 数字信封

1）数字信封的目标

• 数据的保密传输

• 确保非接收各方或非使用者不能査看到明文

• 较高的加密解密效率

2）数字信封的传输过程

• 加密

  • 产生消息加密所用的对称密钥
  • 用对称密钥加密消息明文获得消息密文
  • 用接收方公钥加密对称密钥获得密钥密文

• 传输

• 解密

  • 用接收方私钥解密密钥密文获得对称密钥（大多是一次更新一次密钥）
  • 用对称密钥解密消息密文获得消息明文

七、PKI公钥基础设施

CA体系：

1. PKI组成

• CA证书颁发机构
• RA证书注册中心
• 密钥管理中心
• 证书存储系统
• 证书发布系统
• 证书吊销作废
  

2. PKI系统组成

3. CA证书颁发机构

1. 证书颁发
2. 证书更新
3. 证书撤销
4. 证书和证书撤销列表(CRL)的公布
5. 证书状态的在线查询
6. 证书认证
7. 制定政策等。

4. 证书发布系统

发布：
  数字证书
  证书撤消列表(CRLs)

发布方式：
  特殊用途的数据库
  LDAP 目录服务

5. NetSign的基本架构

应用场景：

   支持网银、二代支付、票交、二代征信、TIPS、二代反洗钱、ACS、网银等

标签：公钥,加密,证书,电子签名,算法,密钥,非对称,密码学
来源： https://blog.csdn.net/bluepangzi/article/details/118099290