第四章 电子邮件安全加密

1. PGP满足了安全电子邮件的三个安全需求：

   1. 保密性：通过对称加密和不对称加密结合实现了保密性，实现了一种安全的一次性会话密钥的交换方法
   2. 完整性：PGP采用数字签名和公钥身份认证实现完整性，其中PGP提出了一种去中心化网络的方式来实现公钥的认证，保证了分布式环境下的发件人、收件人的身份认证
   3. 可用性：PGP基于Base64转换将压缩后的密文转换的ASCII码，从而支持SMTP协议，实现了可用性

2. PGP针对不同的需求，支持仅认证、仅加密、加密且认证三种工作方式

3. PGP使用的各种符号

4. PGP仅认证流程

   1. 工作流程图

      

   2. 流程说明

      1. 源A，即为发送方，创建电子邮件消息
      2. 使用SHA-1算法生成消息验证码（即为Hash散列函数生成固定长度的字符）
      3. 使用发送方A的RSA私钥类将消息验证码加密生成数字签名（MAC）
      4. 将MAC附在消息上，一并压缩，将压缩后的消息进行base64转换
      5. 接收方将收到的消息进行逆base64转换并解压缩
      6. 接收方将数字签名（MAC）和消息分离
      7. 将MAC使用A的公钥解密
      8. 将消息使用SHA-1算法解密，生成的散列值与上一步解密出的消息认证码相比较，如果符合，则表明邮件是A发送的，且没有被篡改

5. PGP加密流程

   1. 加密前首先解决密钥分发的问题（因为发送方和接收方一般都不会同时在线，无法在线协商密钥）：接收方接受到发送方随机生成的密钥，从而解决了密钥的安全分发的问题

   2. 加密流程图

      

   3. 流程说明

      1. 源A，即发送方，创建电子邮件，并对其进行压缩
      2. 发送方生成一个适用于当前邮件的128位随机密钥Ks（会话密钥），使用该密钥采用CAST-128（或IDEA、TDEA）加密压缩后的电子邮件
      3. 使用接收方B的RSA公钥加密Ks，即为加密后的会话密钥
      4. 发送方将上一步得到的加密后的会话密钥附在压缩加密后的消息上，并使用Base64转换
      5. 接收方对收到的消息进行Base64逆变换
      6. 接收方提取其中的加密后的会话密钥，使用自己的RSA私钥解密，获得Ks
      7. 接受方使用一次性会话密钥Ks解密消息，再进行解压缩，从而得到邮件的明文

6. PGP认证并加密

   1. 认证并加密的流程图

      

   2. 流程说明

      1. 发送方A创建电子邮件
      2. 使用SHA-1算法生成散列值，即为消息验证码
      3. 使用发送方A的RSA私钥加密消息验证码，生成数字签名（MAC）
      4. 将MAC附在消息上，并一起压缩
      5. 发送方生成一个随机128位密钥Ks，采用CAST-128（或IDEA、TDEA）加密上一步压缩后的内容（其中包含MAC和电子邮件）
      6. 以接收方B的RSA公钥加密Ks，并将结果附在压缩内容上，一并进行Base64转换
      7. 接收方进行base64逆变换，提取加密后的Ks，使用自己的RSA私钥进行解密，得到Ks
      8. 接收方使用Ks解密消息，并进行解压缩，获得明文邮件和MAC值
      9. 接收方将MAC值解密（使用发送方A的RSA公钥），生成消息验证码
      10. 接收方将明文邮件进行SHA-1算法生成的结果和上一步得到的消息验证码进行比对，符合则表明是A发送的，且没有别篡改

   3. PGP再发送方签名后，加密前再进行压缩，原因是

      1. 发生再签名后的原因：对未压缩的邮件有利于实施不可否认性，或便于事后验证。
      2. 发正在压缩前的原因：对压缩后的消息进行加密可以增强加密的安全性，如压缩后的相关内容可能会变为乱码，增加了密文的分析难度

   4. 上面的步骤先生成数字签名，再加密，如果反过来，是否可行？如果可行，相比于之前的步骤有什么优缺点？

7. PGP公钥信任模型

   1. A收到一个公钥，将其加入到公钥环中，PGP要求A必须给“拥有者信任”字段赋值。PGP中规定“拥有者信任”字段的取值为：未定义信任，未知用户，一般信任，一般信任，总是信任，完全信任。当这个公钥同时出现在私钥环中，“拥有者信任”字段幅值为完全信任
   2. A收到一个新公钥时，可能会有其他用户已经为此公钥进行了签名。如果签名者在公钥环内，就将签名者的”拥有者信任“值分配给此签名的”签名信任“字段；如果不在公钥环内，此签名的”签名信任“字段赋值为”未知用户“。”签名信任”字段的取值范围与“拥有者信任”字段的取值范围相同。
   3. 公钥的“密钥合理性”字段的赋值以该公钥的“签名信任”字段为基础。当签名中至少一个签名的“签名信任”的值是“完全信任(ultimate trusted) ”， 这个公钥的“密钥合理性”字段就被赋值为“complete”，即密钥是有效的。否 则，该字段由PGP计算“签名信任”字段的加权和获得。如果收到是一个“签名 信任”字段为“总是信任(alwaystrusted)",则定义此签名的权值为“1/X” ； 如果收到是一个“签名信任”字段为“一般信任(usuallytrusted)",则定义此 签名的权值为“1/Y” o (X和Y是用户可配置的参数)。当收集到的公钥签名 加权和达到1时，就可以将该公钥的“密钥合理性”字段的赋值为“complete”。 例如当X=3, Y=6时，如果收到该公钥2个“签名信任”字段为一般信任的签 名、2个“签名信任”字段为总是信任的签名，就可以将该公钥的“密钥合理性” 字段的赋值为“complete”。这样，即使一个公钥收到“完全信任”签名，只要 收集到足够多的部分信任签名，一样可以达到完全信任，成为有效的公钥

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