(中文版) 公钥加密和消息认证
应用密码学手册
应用密码学手册
应用密码学手册是一本关于密码学的指南，涵盖了密码学的基本概念、技术、算法以及密码学在应用中的实践指导。
这本手册旨在帮助读者理解密码学的原理和应用，以及如何在实际应用中使用密码学保护数据和通信安全。
手册内容包括对称加密、公钥加密、数字签名、消息认证码、哈希函数、随机数生成等密码学基础知识的详细介绍，以及密码学在网络安全、数据加密、身份认证等领域的应用案例和建议。
应用密码学手册通常包括以下主题：
1. 密码学基础知识：介绍密码学的基本概念、术语和原理，包括对称加密、公钥加密、数字签名、消息认证码、哈希函数等相关技术介绍。
2. 密码学算法：介绍常用的密码学算法，如AES、RSA、
DSA等，包括算法的原理、优缺点以及安全性评估等内容。
3. 密码学协议：介绍常用的密码学协议，如SSL/TLS、IPsec、SSH等，包括协议的原理、加密算法选择、安全配置以及常
见的安全风险和对策等知识。
4. 密码学应用实践：介绍密码学在实际应用中的具体实践，包括数据加密、身份认证、网络安全等领域的应用案例和最佳实践。
应用密码学手册对于密码学从业人员、安全工程师、开发人员、
网络管理员以及对密码学感兴趣的读者都是非常有价值的资源，可以帮助他们理解密码学的原理和应用，提升数据和通信的安全性。
第3讲 公钥密码和消息认证-(3)消息认证码
HMAC的安全性依赖于散列函数H的密码学属性：
• ①抗碰撞属性； • ②当应用于一个单独的消息分组时H的压缩函数的消息认证属性。
网络与信息安全
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“挑战/响应”（Challenge/Response）身份认证
网络与信息安全
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网络与信息安全
b bit S0
H(Si||M) 填充到b比特
n bit IV
HASH n bit
HMACK(M)
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• 与ipad= 00110110进行异 或将导致K一半的比特翻转 。
• 与opad=01011010进行异 或将导致K一半的比特翻转 。
HMAC算法的有效实现
K+
ipad
b bit b bit
Yi：(0≤i≤L-1)是M的第i个分组， L：M的分组数，
b：是一个分组中的比特数（ MD5的128，SHA-1的512）
n：嵌入的哈希函数所产生的哈希值的长度（MD5为128， SHA-1为160）
K：密钥，如果密钥长度大于b，则将密钥输入到哈希函数 中产生一个n比特长的密钥，K+是左边经填充0后的K， K+的长度为b比特，
• 消息认证码：它是一个需要密钥的算法，可以对可变长度 的消息进行认证，把输出的结果作为认证符。
网络与信息安全
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利用Байду номын сангаас列函数来设计MAC原因
• ①一般的散列函数的软件执行速度比分组 密码的要快。
• ②密码散列函数的库代码来源广泛。
因此HMAC应运而生
第3讲 公钥密码和消息认证-(1)消息认证方法
2
3.1 消息认证方法
加密可以防止被动攻击（窃听）。
消息认证可以检测主动攻击（伪造数据和业 务）。
认证包括:
•验证消息的内容有没有被篡改 •验证消息的来源是否可信 •验证消息的时效性（消息有没有被认为地延迟或重放） •两个实体之间消息流的相对顺序
3
网络与信息安全
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消息内容认证
• 消息内容认证常用的方法：
②冒充攻击 •攻击者冒充合法用户发布虚假消息。 •为避免这种攻击可采用身份认证技术。
③重组攻击
•把以前协议执行时一次或多次传输的信息重新组合进行攻击。 •为了避免这类攻击，把协议运行中的所有消息都连接在一起。
④篡改攻击 •修改、删除、 添加或替换真实的消息。 •为避免这种攻击可采用消息认证码MAC或hash函数等技术。
网络与信息安全
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方法二：非加密算法的消息认证
• 不依赖于加密算法，都会生成认证标签， 并附在消息的后面进行传输。消息本身并 不会被加密，因此不提供消息的保密性。
• 通常消息认证和消息加密是两个独立的功 能，但在一些特殊场景下可以将两者结合 起来使用。
网络与信息安全
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消息认证码
• MAC(Message authentication code)
• 另一种是通信双方事先约定各自发送消息所使用的通行字 ，发送消息中含有此通行字并进行加密，接收者只需判别 消息中解密的通行字是否等于约定的通行字就能鉴别发送 者。为了安全起见，通行字应该是可变的。
网络与信息安全
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消息序号和操作时间的认证
• 消息的序号和时间性的认证主要是阻止消 息的重放攻击。
• 常用的方法有消息的流水作业、链接认证 符随机数认证和时间戳等。
信息安全 第5章消息认证
所以许多不同的密钥(约2k-n个)，计算出来的MAC都 等于MAC1。这些密钥中哪一个是正确的密钥不得而 知。这时需要新的M-MAC对来测试这2k-n个密钥， 于是有如下的重复攻击：
重复攻击
Step 1:
给定M1和MAC1 = C k1 (M1) 对所有2k个密钥，判断MACi = C ki (M1) 匹配数约为： 2k-n
没有消息认证的通信系统是极为危险的
消息M
用户A 用户B
篡改、伪造、重放、冒充
恶意者C
消息认证(Message Authentication)
消息认证用于抗击主动攻击
验证接收消息的真实性和完整性 真实性
的确是由所声称的实体发过来的
完整性
未被篡改、插入和删除
验证消息的顺序性和时间性（未重排、重放
MD5 hash算法 MD5 Hash Algorithm
MD4是MD5杂凑算法的前身， 由Ron Rivest于1990年10月作为RFC 提出，1992年4月公布的MD4的改进 （RFC 1320，1321）称为MD5。
M E K EK(M) D K M
由于攻击者不知道密钥K，他也就不知道如何改变密文中的 信息位才能在明文中产生预期的改变。 接收方可以根据解密后的明文是否具有合理的语法结构来进 行消息认证。 但有时发送的明文本身并名优明显的语法结构或特征，例如 二进制文件，因此很难确定解密后的消息就是明文本身。
提供消息认证和保密性：
K2
A
M
E C
K1
||
C K1
C K 1 [ E K 2 ( M )]
D 比较 K2
B
A和B共享K1和K2 K1：用于生成MAC K2：用于加密
密码学与加密技术
将生成的密钥存储在安全的环境中，如硬件安全模块（HSM）或专门的密钥管理系统。采用加密技术对密钥进行保护，防止未经授权的访问和使用。
密钥存储
在密钥生命周期结束后，采用安全的方式销毁密钥，确保密钥不再被使用或泄露。可以采用物理销毁或加密销毁等方式。
密钥销毁
集中管理
01
KDC作为密钥管理的中心，负责密钥的生成、分发和销毁等全生命周期管理。通过集中管理，可以简化密钥管理流程，提高管理效率。
要点一
要点二
工作原理
IPSec协议族通过在网络层对IP数据包进行加密和认证，确保数据在传输过程中的机密性、完整性和身份验证。同时，IPSec还支持灵活的密钥管理和安全策略配置，可满足不同网络环境的安全需求。
安全性评估
IPSec协议族的安全性取决于多个因素，包括加密算法和认证算法的选择、密钥管理的安全性、安全策略的配置等。在实际应用中，需要根据具体需求和安全风险来选择合适的IPSec配置方案。
03
MAC应用
广泛应用于网络通信、文件传输、电子支付等领域，以确保消息的机密性、完整性和认证性。
消息认证码定义
一种通过特定算法生成的固定长度值，用于验证消息的完整性和认证性。
MAC生成过程
发送方和接收方共享一个密钥，发送方使用密钥和消息作为输入，通过MAC算法生成MAC值，并将MAC值附加在消息上发送给接收方。
通过SSL/TLS协议对传输的数据进行加密，确保数据在传输过程中的机密性和完整性，防止数据被窃取或篡改。
1
2
3
采用密码学技术对物联网设备进行身份认证，确保设备的合法性和可信度，防止设备被伪造或冒充。
设备身份认证
对物联网设备之间传输的数据进行加密处理，确保数据在传输过程中的机密性和完整性，防止数据被窃取或篡改。
消息认证(Message Authentication)
Message Digest
目标：确保信息的完整性(Integrity) 特色： (1) 不需密钥 (2) 任意长信息输入，固定长摘要输出 (3) 找出两个不同的输入，使输出相同在计算上很难 常用系統： MD5 (RFC 1321) SHA-1 (FIPS 180-1)
Structure of Message Digest
Message authentication code
• Prerequisite: A and B shares a key K
– Can be a session key
• MAC: a short fixed-size data block, depending on the message M and the shared key K • MAC(K,M)=CK(M) • Sender: M||CK(M) • Receiver: on receiving M’|C’
HMAC的设计目标
• Hash函数不使用密钥，不能直接用于MAC • HMAC要求 –可不经修改使用现有hash函数 –其中嵌入的hash函数可易于替换为更快和更安 全的hash函数 –保持嵌入的hash函数的最初性能，不因适用于 HAMC而使其性能降低 –以简单方式使用和处理密钥 –在对嵌入的hash函数合理假设的基础上，易于 分析 HMAC用于认证时的密码强度
MD5不再安全!?
安全的杂凑函数在设计时必须满足两个要求
● ●
找到两个不同输入而得到相同的输出值在计算上是不可行的—— 抗碰撞
给定一输出值找出输入值在計算上是不可行的——单向性
2004年在Crypto會議，來自山東大學的王出一种可以快速找到碰撞的方法 受影响的算法—— MD5、HAVAL-128、MD4、RIPEMD SHA-0及減弱条件下的SHA-1不安全——在任何初始值下 用240次hash运算可以找出SHA-0的碰撞 SHA-1预计至2010年也会被破解
什么是ssl
什么是ssl什么是SSL？SSL（Secure Sockets Layer），中文称为安全套接层，是一种加密和保护网络通信的网络协议。
SSL协议能够为网络通信提供加密、认证和完整性保护的功能。
它在网络传输层对数据进行加密，确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。
SSL协议的主要作用是在客户端和服务器之间建立安全的连接，确保敏感的数据在传输过程中不受到未经授权的访问或篡改。
SSL协议的实质是使用公钥密码体制来进行通信加密，保证通信过程中数据的机密性和完整性。
SSL协议的工作原理是通过在客户端和服务器之间建立一个安全的通信信道，将敏感信息通过加密方式传输。
具体的工作流程如下：1. 客户端向服务器发起请求，要求建立SSL连接。
2. 服务器收到请求后，返回自己的证书，包含公钥。
3. 客户端收到服务器的证书后，首先校验证书的合法性和有效性。
校验包括验证证书的颁发机构是否可信以及证书的过期时间。
如果证书通过了校验，客户端生成一个随机数，用服务器的公钥加密，并发送给服务器。
4. 服务器使用自己的私钥解密客户端发送的随机数。
5. 客户端和服务器现在都持有了相同的随机数，用该随机数作为加密密钥来加密通信内容。
加密完成后发送给服务器。
6. 服务器收到加密后的通信内容后，再用自己的私钥解密，得到原始的通信内容。
通过以上的流程，SSL协议能够实现以下几个方面的保护：1. 数据加密：SSL协议使用对称加密算法来加密通信内容，保证数据在传输过程中不被窃取。
2. 数据完整性：SSL协议使用消息摘要算法来生成消息认证码，确保数据在传输过程中没有被篡改。
3. 身份认证：SSL协议通过数字证书来验证服务器的身份。
客户端可以通过校验证书的有效性来确认服务器的身份是否合法。
除了以上的保护措施，SSL协议还能够提供另外一种保护机制，即站点认证。
站点认证是指客户端通过验证服务器的数字证书来判断服务器的合法性。
在SSL连接中，服务器会将自己的数字证书发送给客户端，客户端根据证书的信息来判断是否信任此服务器。
公钥认证体系结构
公钥认证体系结构
公钥认证体系结构是一种基于公钥密码学的安全体系结构，用于确保通信中的实体的身份认证和数据的完整性和保密性。
它包含以下几个主要组成部分：
1. 实体：参与认证和通信的实体，包括客户端、服务器和其他网络设备。
2. 公钥和私钥：每个实体都有一对公钥和私钥。
公钥用于加密数据和验证签名，私钥用于解密数据和生成签名。
3. 证书颁发机构（CA）：CA是一个可信的第三方机构，负责认证实体的公钥和身份，并签发数字证书。
证书包含实体的公钥和其他相关信息，并由CA签名以确保其真实性。
4. 数字证书：数字证书是一种由CA签发的文件，用于证明实体的身份和公钥的真实性。
它包含实体的公钥、身份信息和CA的数字签名。
5. 证书存储库：存储所有实体的数字证书的集合，以供其他实体验证。
6. 认证协议：用于实体之间进行身份认证和密钥交换的协议，如TLS（传输层安全协议）和SSH（安全外壳协议）。
7. 数字签名：用私钥对数据进行签名，以确保数据的完整性和真实性。
其他实体可以使用发送方的公钥验证签名。
通过公钥认证体系结构，实体可安全地进行身份认证和数据交换，并确保通信的机密性和完整性。
信息安全技术05章
信息安全技术05章第五章认证技术现代密码的两个最重要的分⽀就是加密和认证。
加密的⽬的是防⽌敌⽅获得机密信息。
认证则是为了防⽌敌⽅的主动攻击，包括验证信息真伪及防⽌信息在通信过程中被篡改、删除、插⼊、伪造、延迟及重放等。
认证主要包括三个⽅⾯：消息认证、⾝份验证和数字签名。
上⼀章介绍了数字签名技术，本章将对认证技术的另外两个⽅⾯进⾏介绍。
5．1 消息认证⽹络安全所⾯临的基本攻击类型，包括：被动攻击(获取消息的内容、进⾏业务流分析)主动攻击(假冒、重放、消息的篡改、业务拒绝)。
抗击被动攻击的⽅法是加密，抗击主动攻击的⽅法则是消息认证。
消息认证是⼀个过程，⽤以验证接收消息的真实性(的确是由它所声称的实体发来的)和完整性(未被篡改、插⼊、删除)，同时还⽤于验证消息的顺序性和时间性(未重排、重放、延迟)。
除此之外，在考虑⽹络安全时还需考虑业务的不可否认性，即防⽌通信双⽅中的其⼀⽅对所传输消息的否认。
实现消息的不可否认性可通过数字签字，数字签字也是⼀种认证技术，也可⽤于抗击主动攻击。
5.1.1 消息认证的模式5.1.2 认证函数消息认证机制和数字签字机制都有⼀产⽣认证符的基本功能，这⼀基本功能⼜作为认证协议的⼀个组成成分。
认证符是⽤于认证消息的数值，它的产⽣⽅汉⼜分为消息加密、消息认证码MAC(Message Authentication Code)、杂凑函数(Hash Function)三⼤类，下⾯分别介绍。
1.消息加密（Message Encryption Function）：消息加密产⽣认证符是指将消息加密后的密⽂作为认证符，其⽤法⼜根据单钥加密还是公钥加密有所不同。
1)单钥加密图5.1表⽰消息M的发送⽅A根据单钥加密算法以与接收⽅B 共享的密钥K对消息加密后发往B。
第三⽅不知密钥K就不能恢复消息的明⽂，因此系统提供了保密性。
图5.1单钥消息加密：保密性和认证性该系统还向B保证所收到的消息的确来⾃A，因为只有A知道密钥K。
安全认证协议解析
安全认证协议解析安全认证协议是为了确保网络通信的安全性而制定的一系列规则和标准。
在互联网时代，数据安全问题成为人们关注的重点。
为了保护用户的个人隐私和数据安全，各种安全认证协议应运而生。
本文将从安全认证协议的概念、常见的安全认证协议以及其工作原理进行解析，以期提高读者对安全认证协议的理解。
一、安全认证协议概述安全认证协议是指透过一系列的加密和身份验证手段，确保网络通信中信息的保密性、完整性和可靠性的规则和标准。
通常包括认证、授权和加密等功能，用于有效防范网络攻击、数据泄露和网络犯罪等威胁。
二、常见的安全认证协议1. SSL/TLS协议SSL（Secure Sockets Layer）和TLS（Transport Layer Security）协议是最常见的安全认证协议之一。
它们通过非对称加密、对称加密和消息验证代码等技术，确保数据在网络传输过程中的安全性。
SSL/TLS 协议广泛应用于网上购物、网银等需要保护用户隐私的场景。
2. IPsec协议IPsec（Internet Protocol Security）协议是一种用于保护IP协议数据传输的安全协议。
通过加密和身份验证等手段，IPsec协议能够在IP层次上对网络数据进行安全传输，有效防止数据被窃听和篡改。
3. Kerberos协议Kerberos协议是一种基于密钥认证的网络认证协议，常用于身份验证。
它采用票据传递的方式，通过客户端、认证服务器和票据授予服务器之间的通信，实现用户身份的认证和安全通信。
4. SSH协议SSH（Secure Shell）协议是一种网络协议，用于在不安全的网络上安全地进行远程登录和其他安全网络服务。
SSH协议通过加密和身份验证等技术，确保远程通信的安全性和完整性。
三、安全认证协议的工作原理安全认证协议通常包括以下几个步骤：1. 身份验证在安全认证过程中，身份验证是首要步骤。
用户需要提供相应的身份凭证，如用户名和密码。
信息安全实际原理及具体应用第5章消息认证
消息认证码的基本用途
• 只提供消息认证，不提供保密性。（见前） • 提供消息认证和保密性：
A
B
MKC||KE KDCM KC 比较 1
2 2 EK2[M || CK1 (M )]
– 与消息认证码不同的是， hash码的产生过程中并不使用 密钥。
– Hash码是所有消息的函数，改变消息的任何一位或多位， 都会导致hash码的改变。
– Hash算法通常是公开的。 – 又称为：哈希函数、数字指纹（Digital finger print)、压
缩（Compression)函数、紧缩（Contraction ）函数、 数据鉴别码DAC（Data authentication code）、篡改 检验码MDC(Manipulation detection code)
• 平均来讲，若k=x*n，则需x次循环才能找到正确的密钥。 • 所以，用穷举法攻破MAC比攻破加密算法要困难得多。
对MAC的攻击—攻击算法
• 考虑下面的算法：
消息M=(X1‖X2‖…‖Xm)是由64比特长的分组Xi(i=1,…,m)链接而成 MAC算法是：
(M ) X1 X2 Xm
CK (M ) EK (M )
消息认证码用于认证
MMCKA比C 较
• A和B共享密钥K • A计算MAC=Ck(M),
• M和MAC一起发送
到B
• B对收到的M，计算 MAC，比较两个 MAC是否相同。
如果两个MAC相等，则：
1. 接收方可以相信消息未被修改，因为如果攻击者改变了消 息，由于不知道k，无法生成正确的MAC。
第四章消息认证
公钥密码体制加密认证
这种方式既能提供认证， 又能够提供数字签名
A用B的公钥对明文加密 B能用自己的私钥解出明文，说明没有被人更改。
消息认证
(2) 消息认证码
使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，附加在消息 后，称MAC （Message Authentication Code）。 MAC = FK(M) 收到消息后，只需要根据密钥和消息来计算MAC是否等 于传过来的MAC。 接收者可以确信消息M未被改变，也可以确信消息来自所 声称的发送者；
MAC函数类似于加密函数，但不需要可逆性。 因此在数学上比加密算法被攻击的弱点要少。
假设双方共享密钥
消息认证
为何要使用消息认证码? 根本上,信息加密提供的是保密性而非真实性 加密代价大(公钥算法代价更大) 某些信息只需要真实性,不需要保密性
广播的信息难以使用加密(信息量大)
网络管理信息等只需要真实性 政府/权威部门的公告
第四章
数字签名和认证技术
一 二
消息认证
数字签名 身份认证
三
回顾与总结
对称密码算法
– 运算速度快、密钥短、多种用途、历史悠久 – 密钥管理困难
非对称密码算法
– 只需保管私钥、可以相当长的时间保持不变、需要
的数目较小
– 运算速度慢、密钥尺寸大、历史短
信息安全的需求
保密性（ Confidentiality）
A->B: E(M || D(H(M),KdA),K)
几种常用的HASH算法
MD5
SHA-1
RIPEMD-160
MD5简介
Merkle于1989年提出hash function模型 Ron Rivest于1990年提出MD4
密码学中的公钥加密和数字签名
密码学中的公钥加密和数字签名随着互联网与人工智能技术的蓬勃发展，我们的数字信息被广泛传播并储存在云端，安全问题也随之受到了广泛关注。
密码学是一门研究保护信息安全，以及与数据传输和计算机安全相关的学科。
公钥加密和数字签名是现代密码学领域中最重要的技术之一，能够有效保护我们的数字信息安全。
一、公钥加密公钥加密是一种在密码学中广泛使用的方法，简单来说就是使用两个相互关联的密钥来进行信息加密和解密。
其中一个密钥为公钥，另一个则为私钥。
我们常说的RSA算法就是一个公钥加密算法。
公钥加密中，发送方使用接收方的公钥对信息进行加密。
只有接收方拥有私钥才能够解密该信息，其他人都无法解密。
相应的，接收方也可以使用自己的私钥对信息进行加密，只有拥有接收方的公钥的人才能够解密。
公钥加密的优点是信息安全性高，信息的传输过程中公钥是公开的，而私钥仅限于接收方保存，大大降低了信息泄露的概率。
同时，公钥加密预防了一些中间人攻击，保证了信息的完整性。
二、数字签名数字签名是一种将数字信息与签名者身份关联起来的技术，可以用于验证信息的完整性和真实性，常用于经济、贸易等领域。
公钥加密中使用数字签名来保证信息的安全性。
数字签名的基本原理是：发送方使用自己的私钥对信息进行加密，接收方使用发送方的公钥进行解密，同时使用发送方的公钥对数字签名进行验证，确保信息的完整性和真实性。
数字签名的优点在于验证信息的完整性和真实性，减小了信息篡改和窜改的概率。
同时，数字签名是一种匿名性质的对称加密方案，可以保护签名者的身份。
三、公钥加密与数字签名的联系公钥加密和数字签名可以完成互相独立的任务，但是它们也是密切相关的。
公钥加密可以实现信息的安全传输，保证信息不被窥探、篡改和窜改，数字签名则用于保证信息的真实性和完整性。
在实际应用中，公钥加密和数字签名应该同时使用，以保证信息的安全性和完整性。
四、应用案例公钥加密和数字签名技术的应用非常广泛，比如电子商务（如付款相关信息）、银行（如转账、客户数据）、医院（如患者医疗记录）等等都需要应用这些技术来保护隐私。
信息安全技术 公钥密码应用技术体系框架
信息安全技术公钥密码应用技术体系框架公钥密码应用技术体系框架是指在信息安全领域中，利用公钥密码技术来实现安全通信和数据保护的一套技术体系。
该框架主要包括以下几个组成部分：1. 公钥密码算法：包括非对称加密算法（如RSA、ElGamal）、数字签名算法（如RSA、DSA）、密钥交换算法（如Diffie-Hellman）等。
这些算法提供了实现安全通信和数据保护的基础工具。
2. 数字证书技术：用于证明公钥的合法性和完整性的技术。
数字证书通常由信任的第三方机构颁发，包含了公钥的信息以及数字签名，可以用于验证通信中的对方身份和确保数据的完整性。
3. 密钥管理与分发技术：用于安全地生成、存储、分发和撤销密钥的技术。
包括密钥管理中心（Key Management Center，KMC）、密钥协商协议（如TLS握手协议）、密钥封装与解封装等技术。
4. 安全协议与应用：包括安全通信协议（如SSL/TLS、IPSec）、电子邮件加密协议（如PGP、S/MIME）、虚拟私有网络（VPN）等。
这些协议和应用建立在公钥密码技术的基础上，用于保护通信数据的安全性和隐私性。
5. 安全模块与设备：包括硬件加密芯片、安全网关、防火墙等专用设备，以及提供加密、签名、证书管理等功能的软件模块。
这些设备和模块提供了可信执行环境和硬件保护机制，用于实现安全技术的有效保护和应用。
6. 安全政策与管理：包括信息安全政策、安全管理流程、安全审计与监控等。
这些管理措施用于确保公钥密码技术的正确使用和安全运行，保障整个应用体系的安全性。
公钥密码应用技术体系框架的目标是提供一种综合的、可靠的信息安全解决方案，保护通信数据的机密性、完整性和可信性。
它在现代网络通信、电子商务、电子政务等领域中得到了广泛的应用。
消息认证
消息认证技术概述:用途：消息认证用于抗击主动攻击
消息认证(报文鉴别、消息鉴别)是用以验证接收消息的真实性和完整性的一个过程
真实性：“的确由它所宣称的实体发出”，即验证信息的发送者是真正的，而不是冒充的，此为信源识别；
完整性：在传送或存储过程中未被篡改，插入或删除等
认证和加密的区别：加密用以确保数据的保密性；认证用以确保报文发送者和接受者的真实性以及报文的完整性。
认证和数字签名的区别：
Ł认证总是基于某种收发双方共享的保密数据来认证被鉴别对象的真实性；数字签名中用于签名的数据是公开的。
Ł认证允许收发双方相互验证其真实性，不允许第三者验证；数字签名允许收发双发和第三者都能验证。
Ł数字签名具有发送方不能抵赖，接收方不能伪造和能够公开验证解决纠纷；而认证则不一定具备。
为什么引入MAC码？
（1）单纯的Hash函数，任何人都可在修改消息的同时,也重新计算其散列值，并替换原来的散列值,这样消息的完整性不可辨识。
（2）由于MAC受到密钥的保护，黑客并不知道该密钥，从而防止了对原来MAC的修改。
MAC函数类似于加密函数，但不需要可逆性，因此在数学上比加密算法被攻击的弱点要少
MAC算法可以有两种组合方案:(1)先散列消息，然后再加密散列值；(2)先加密消息，然后再散列密文。
两者相比,前者的效率要高得多。
完整性：摘要
机密性：对信息用堆成密钥加密
鉴别性：对摘要用自己的私钥加密，还可以再用对方公钥加密。
pkcs#1v2.1中文文档
pkcs#1v2.1中⽂⽂档PKCS #1 v2.1 RSA 算法标准RSA实验室2002年6⽉14⽇⽬录⽬录 (2)1 介绍 (4)2 符号 (5)3 密钥类型 (7)3.1RSA公钥 (7)3.2RSA私钥 (7)4 数据转换原语 (9)4.1I2OSP (9)4.2OS2IP (9)5 密码原语 (10)5.1加密和解密原语 (10)5.1.1 RSAEP (10)5.1.2 RSADP (11)5.2签名和验证原语 (12)5.2.1 RSASP1 (12)5.2.1 RSAVP1 (13)6 ⽅案概述 (13)7 加密⽅案 (14)7.1RSAES-OAEP (15)7.1.1 加密运算 (17)7.1.2 解密运算 (20)7.2RSAES-PKCS1-V1_5 (21)7.2.1 加密运算 (22)7.2.2 解密运算 (23)8 带附属的签名⽅案 (24)8.1RSASSA-PSS (25)8.1.1 签名⽣成运算 (26)8.1.2 签名验证运算 (27)8.2RSASSA-PKCS1-V1_5 (28)8.2.1 签名⽣成运算 (29)8.2.2 签名验证运算 (29)9 带附属的签名的编码⽅法 (31)9.1EMSA-PSS (31)9.1.1 编码运算 (33)9.1.2 验证操作 (34)9.2EMSA-PKCS1-V1_5 (35)A ASN.1 语法 (37)A.1RSA密钥表⽰ (37)A.1.1 RSA公钥语法 (37)A.1.2 RSA私钥语法 (37)A.2⽅案标识 (39)A.2.1 RSAES-OAEP (39)A.2.2 RSAES-PKCS1-v1_5 (42)A.2.3 RSASSA-PSS (42)A.2.4 RSASSA-PKCS1-v1_5 (43)B ⽀撑技术 (44)B.1散列函数 (45)B.2掩模⽣成函数 (46)B.2.1 MGF1 (46)C ASN.1 模块 (47)D 知识产权因素 (55)E 修订历史 (56)F 参考⽂档 (56)1 介绍这篇⽂档是介绍基于RSA算法[42]的公钥密码系统的实现⽅法的，它包括以下⼏个⽅⾯：●密码原语●加密⽅案●带附属的签名⽅案●密钥和⽅案的ASN.1描述本⽂档是为计算机和通信系统的⼀般应⽤以及具有⼀定灵活性的系统中的⼀般应⽤所编写的。
公钥、私钥、数字证书的概念
公钥、私钥、数字证书的概念一直以来对公钥和私钥都理解得不是很透彻，感觉到模棱两可。
今天在网上找了半天，通过查看对这个密钥对的理解,总算弄清楚了.公钥和私钥就是俗称的不对称加密方式，是从以前的对称加密（使用用户名与密码)方式的提高.用电子邮件的方式说明一下原理。
使用公钥与私钥的目的就是实现安全的电子邮件，必须实现如下目的：1。
我发送给你的内容必须加密，在邮件的传输过程中不能被别人看到。
2. 必须保证是我发送的邮件,不是别人冒充我的。
要达到这样的目标必须发送邮件的两人都有公钥和私钥。
公钥，就是给大家用的，你可以通过电子邮件发布，可以通过网站让别人下载，公钥其实是用来加密/验章用的.私钥，就是自己的，必须非常小心保存,最好加上密码，私钥是用来解密/签章，首先就Key的所有权来说,私钥只有个人拥有。
公钥与私钥的作用是：用公钥加密的内容只能用私钥解密,用私钥加密的内容只能用公钥解密。
比如说，我要给你发送一个加密的邮件。
首先，我必须拥有你的公钥，你也必须拥有我的公钥。
首先，我用你的公钥给这个邮件加密,这样就保证这个邮件不被别人看到，而且保证这个邮件在传送过程中没有被修改.你收到邮件后，用你的私钥就可以解密，就能看到内容。
其次我用我的私钥给这个邮件加密，发送到你手里后，你可以用我的公钥解密.因为私钥只有我手里有，这样就保证了这个邮件是我发送的。
当A->B资料时，A会使用B的公钥加密,这样才能确保只有B能解开，否则普罗大众都能解开加密的讯息，就是去了资料的保密性。
验证方面则是使用签验章的机制，A传资料给大家时,会以自己的私钥做签章，如此所有收到讯息的人都可以用A的公钥进行验章，便可确认讯息是由A 发出来的了。
数字证书的原理数字证书采用公钥体制,即利用一对互相匹配的密钥进行加密、解密.每个用户自己设定一把特定的仅为本人所知的私有密钥（私钥），用它进行解密和签名；同时设定一把公共密钥（公钥）并由本人公开,为一组用户所共享,用于加密和验证签名.当发送一份保密文件时，发送方使用接收方的公钥对数据加密，而接收方则使用自己的私钥解密,这样信息就可以安全无误地到达目的地了。
互联网安全中的密码技术应用
互联网安全中的密码技术应用互联网已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，我们在互联网上购物、上社交媒体、管理财务等各种活动都需要使用密码。
因此，互联网安全问题变得越来越重要。
密码技术是保障互联网安全的重要手段之一。
1. 密码技术的类型和应用场景密码技术是通过加密和解密技术来保护信息和数据的安全性。
密码技术的类型包括对称密钥加密和公钥加密。
对称密钥加密使用相同的密钥来加密和解密数据，常用于保护小范围的数据传递，如短信、聊天记录等。
公钥加密使用两个密钥，一个公钥和一个私钥，公钥可以公开，而私钥则由数据接收者保管。
公钥加密常用于保护商业信息、金融信息等大范围的数据传递。
密码技术的应用场景非常丰富。
在互联网上，密码技术被广泛应用于保护用户账号和个人信息，如网银账号、电子邮件账号、社交媒体账号等。
密码技术也被应用于保护企业机密、个人隐私等，如文件加密、加密压缩等。
2. 密码技术的优点和缺点密码技术带来的最大好处是保护数据的安全性。
只有密钥的持有者才能解密数据，确保数据的机密性和完整性。
此外，密码技术也常用于验证身份，防止身份盗用和冒名顶替。
密码技术在保护数据安全和身份验证方面有着广泛应用。
但是，密码技术也有缺点。
首先，密码技术需要非常安全的密钥管理，否则一旦密钥被泄露，数据就可能遭到攻击。
其次，密码技术可能会被破解，特别是对称密钥加密技术。
密码技术的安全性依赖于密钥的长度和复杂性，如果密钥不够长或密码不够难猜测，那么密码技术的保护力度就会减弱。
3. 密码技术的改进和发展随着互联网的快速发展，密码技术也在不断改进和发展。
最近，人工智能技术被应用于密码技术中，例如基于人工智能技术的模式识别系统可以识别用户的行为模式，确保用户数据的安全性。
此外，量子密码技术也开始进入实验阶段，量子密码技术所使用的量子加密方式可以确保通信的完全安全。
另外，密码技术也在不断提高密钥的安全性，例如利用哈希函数和消息认证码技术保护密钥的安全。
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概要
利用传统加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
简单hash函数
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概要
利用传统加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
简单hash函数
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认证
• 要求 – 必须能够证实如下内容：
1. 消息来自合法的信源或者发送者； 2. 内容没有被篡改； 3. 可能还希望验证消息的时效性以及消息流的顺序。
函数。
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简单Hash函数
一种最简单的Hash函数的每一个数据块都按比特异或。
这可用下式表示： Ci = bi1⊕bi2⊕…⊕bim 其中： Ci 为Hash码的第i比特，1 ≤ i ≤ n m 为输入中的n比特数据块的数目 bij 为第j块的第i比特 ⊕为异或操作
44
简单Hash函数
图3.3 (教材60页)
36
概要
利用传统加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
简单Hash函数
37
Hash函数的要求
Hash函数的目的是为文件、消息或者其他数据块产生
“指纹” 。 为满足在消息认证中的应用， Hash函数H必须具有下 列性质：
1, H 可适用于任意长度的数据块。
38
Hash函数的要求
6, 找到满足H (x) = H (y)的任意一对(x, y)在计算 上不可行的.。这一特性有时被称为（strong collision resistance）（能够抵御生日攻击）。
40
Hash函数的要求
满足上面前五个性质的Hash函数称为弱Hash
函数。
如果还满足第六个性质，则称其为强Hash函数。
15
利用传统加密的认证
如果消息里包含错误检测码和序列号，则接收 者能够确认消息是否被篡改过和序列号是否正 确。
16
利用传统加密的认证
如果消息里还包含时间戳，则接收者能够确认 消息是否被延迟 超过正常的网络传输延时。
17
概要
利用传统加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
2, H 能生成固定长度的输出。 3, 对于任意给定的x， H (x)要容易计算，并且可 以用软/硬件方式实现。
4, 对于任意给定值h， 找到满足H (x) = h的x在 计算上不可行。这一特性在文献中有时被称做单 向（one-way）性。
39
Hash函数的要求
5, 对任意给定的数据块x，找到满足H (y) = H (x) 的y ≠ x在计算上是不可行的。这一特性有时被称 为抗弱碰撞性（weak collision resistance）。
概要
利用传统加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
简单Hash函数
13
利用传统加密的认证
回顾传统加密算法(42页, 表2.3)
14
利用传统加密的认证
简单地使用传统加密进行消息认证：
我们假设只有发送者和接收者共享一个密钥， 那么只有真正的发送者才能够成功地为对方加 密消息。
20
非加密的消息认证
2, 在信息交换中，另一种可能的情况是通信某一 端的负载太大，没有时间解密所有传入的消息。 3, 对明文形式的计算机程序进行认证是很有意义 的事情。
21
消息认证码
什么是消息认证码 (MAC)？
一种认证技术利用私钥产生一小块数据，并将其附 到消息上，产生的那一小块数据就是消息认证码。
1, 如下图所示(图3.2 （a）) 消息摘要可用传统加密算法加密；如果只有发送者 和接收者共享密钥，则保密性是能保证的。
30
31
单向Hash函数
2, 如下图所示 (图3.2 （b）) 消息也可以使用公钥方式加密。 公钥方法有两个优势： (1) 既能提供数字签名又能提供消息认证； (2) 不需要在通信各方之间分发密钥。
22
消息认证码
例如 (教材56页， 图3.1)
23
A
B
24
消息认证码
使用MAC进行消息认证的概述：
该技术假设两个通信实体，我们称其为A和B，共享 一个公共密钥KAB。 当A有消息要发送给B时，A计算消息认证码 （MAC），作为消息和密钥的一个函数：MACM = F(KAB, M) 。消息连同MAC被一起传送给预定接收 者。
25
消息认证码
接收者对收到的消息进行相同的计算； 利用相同的密钥，产生一个新的MAC； 将收到MAC与计算得到的MAC进行比较。
26
消息认证码
若收到的认证码与计算得到的认证码相吻合，则：
1, 接收者能够确认消息没有被篡改。 2, 接收者能够确认消息来自它所声称的发送者。
27
消息认证码
简单Hash函数
18
非加密的消息认证
在本节，我们分析几种不依赖于加密的消息认证方法。
因为这种认证方法不加密消息，所以不能提供消息的 机密性。
19
非加密的消息认证
下面给出了三种较好的无需保密的消息认证情况：
1, 许多应用需要把相同的消息广播到多个目的地。 例如，通知当前的用户网络不可使用和控制中心的 警报信号。消息必须以带有相关消息认证标签的明 文形式发送。
• 阻止主动攻击 (伪造数据和交易)
10
消息认证的方法
利用传统加密的认证
只有发送者和接收者共享一个密钥
非加密的消息认证
生成认证标签，并且附在每一条消息上用于传 输
11
消息认证的方法
消息认证码
MAC 是以消息和密钥为输入，通过一定的函数 计算得来的值，MAC = F(K, M)
12
47
简单Hash函数
2, 如下连续处理每个n比特的数据块：
(a), 向左旋转1比特当前的Hash值。 (b), 异或数据块生成Hash值。
48
简单Hash函数
这些操作会使输入数据块“随机化”得更加彻底，消
除了输入中出现的任何规则性。但是它对于数据安全 性几乎不起作用。
49
本次课的知识点
32
33
单向Hash函数
3, 下图(图3.2 （c）) 是一种使用了Hash函数但
是没有使用加密的消息认证技术。
34
35
单向Hash函数
上面讲到的技术假设通信双方， 我们称为A和B， 共享一个秘密的值SAB。 当A要给B传送消息时; A: 计算Hash值 MDM = H (SAB || M) A: 发送[M || MDM]给B B: 由于拥有SAB，他能重新计算 H (SAB || M)，验证MDM
3, 如果消息中包含序列号，那么接收者就可以确 认消息的正确序列，因为攻击者不能成功地修改序 列号。
28
单向Hash函数
MAC的一种替代方法是使用单向Hash函数。 如同 MAC，Hash函数接收变长的消息M作为输入，生
成定长的消息摘要H(M)作为输入。
29
单向Hash函数
图3.2 (教材57页)显示了消息认证的三种方式
第三章
公钥加密和消息认证 (Ⅰ)
主讲：綦朝晖
石家庄铁道学院计算机与信息工程分院
1
内容回顾
1，掌握三种分组密码的操作模式； 2，理解链路加密与端到端加密的基本含义； 3, 理解课堂上所提到的四种密钥分配方式；
2
内容回顾
电子密码本 (ECB)
密码分组链接 (CBC)
密码反馈 (CFB)
第六个性质可以防止像生日攻击这种类型的复
杂攻击。
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概要
利用传பைடு நூலகம்加密的认证 非加密的消息认证 Hash函数的要求
简单Hash函数
42
简单Hash函数
所有Hash函数都按照下面不同原理操作。 把输入看成n比特的序列。 对输入用迭代方式每次处理一块，生成n比特的Hash
1， 掌握MAC 的基本含义； 2， 如何使用MAC进行信息验证； 3, 理解one-way hash函数的基本含义；
4， 理解书58页图3.2；
50
Homework
教材82页3.2
51
45
简单Hash函数
它为每一位比特位产生简单的奇偶校验，这称
作纵向冗余校验。
这种校验对于随机数据的完整性校验相当有效。
不过事实上它也仅仅对数据有效，对于许多格 式化数据函数的有效性很差。
46
简单Hash函数
对上面的方案进行改进的一种简单方法是在每
个数据块处理后， 对Hash值循环移动或者旋 转1比特。其步骤归纳如下： 1, 最初将n比特Hash值设置为零
3
4
5
内容回顾
链路加密 端到端加密
6
内容回顾
密钥分配
1, A能够选定密钥并通过物理方法传递给B。 2, 第三方可以选定密钥并通过物理方法传递给A 和B。 3, 如果A和B不久前使用过一个密钥，一方能够把 使用旧密钥加密的新密钥传递给另一方。 4, 如果A和B各自有一个到达第三方C加密链路， C能够在加密链路上传递密钥给A和B。