加解密体系介绍

加解密 (2)1.概述 (2)2.加密算法 (3)2.1.对称加密 (3)2.1.1.概述 (3)2.1.2.常用算法 (4)2.1.3.优缺点 (5)2.2.非对称加密 (5)2.2.1.概述 (5)2.2.2.常用算法 (7)2.2.3.优缺点 (7)3.数字摘要 (8)4.数字签名 (10)4.1.概述 (10)4.2.主要功能 (12)4.3.原理特点 (13)4.4.流程示例 (15)加解密1.概述加密，是以某种特殊的算法改变原有的信息数据，使得未授权的用户即使获得了已加密的信息，但因不知解密的方法，仍然无法了解信息的内容.加密之所以安全，绝非因不知道加密解密算法方法，而是加密的密钥是绝对的隐藏，现在流行的RSA和AES加密算法都是完全公开的，一方取得已加密的数据，就算知道加密算法也好，若没有加密的密钥，也不能打开被加密保护的信息。

单单隐蔽加密算法以保护信息，在学界和业界已有相当讨论，一般认为是不够安全的。

公开的加密算法是给黑客和加密家长年累月攻击测试，对比隐蔽的加密算法要安全得多。

2.加密算法加密算法可以分为两类：对称加密和非对称加密。

2.1.对称加密2.1.1.概述采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。

需要对加密和解密使用相同密钥的加密算法。

由于其速度快，对称性加密通常在消息发送方需要加密大量数据时使用。

对称性加密也称为密钥加密。

所谓对称，就是采用这种加密方法的双方使用方式用同样的密钥进行加密和解密。

密钥是控制加密及解密过程的指令。

算法是一组规则，规定如何进行加密和解密。

因此加密的安全性不仅取决于加密算法本身，密钥管理的安全性更是重要。

因为加密和解密都使用同一个密钥，如何把密钥安全地传递到解密者手上就成了必须要解决的问题。

2.1.2.常用算法在对称加密算法中常用的算法有：DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK、AES等。

不同算法的实现机制不同，可参考对应算法的详细资料。

2.1.3.优缺点对称加密算法的优点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

对称加密算法的缺点是在数据传送前，发送方和接收方必须商定好秘钥，然后使双方都能保存好秘钥。

其次如果一方的秘钥被泄露，那么加密信息也就不安全了。

另外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的唯一秘钥，这会使得收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。

2.2.非对称加密2.2.1.概述对称加密算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥；而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥）。

与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。

公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。

因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

如上图所示，甲乙之间使用非对称加密的方式完成了重要信息的安全传输。

1.乙方生成一对密钥（公钥和私钥）并将公钥向其它方公开。

2.得到该公钥的甲方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给乙方。

3.乙方再用自己保存的另一把专用密钥（私钥）对加密后的信息进行解密。

乙方只能用其专用密钥（私钥）解密由对应的公钥加密后的信息。

在传输过程中，即使攻击者截获了传输的密文，并得到了乙的公钥，也无法破解密文，因为只有乙的私钥才能解密密文。

同样，如果乙要回复加密信息给甲，那么需要甲先公布甲的公钥给乙用于加密，甲自己保存甲的私钥用于解密。

2.2.2.常用算法在非对称加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。

2.2.3.优缺点非对称加密与对称加密相比，其安全性更好：对称加密的通信双方使用相同的秘钥，如果一方的秘钥遭泄露，那么整个通信就会被破解。

而非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。

非对称加密的缺点是加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。

一般来说，非对称加密是用来处理短消息的，而相对于较长的消息则显得有些吃力。

当然，可以将长的消息分成若干小段，然后再分别签名。

不过，这样做非常麻烦，而且会带来数据完整性的问题。

比较合理的做法是在数字签名前对消息先进行数字摘要。

不同算法的实现机制不同，可参考对应算法的详细资料。

3.数字摘要数字摘要是将任意长度的消息变成固定长度的短消息，它类似于一个自变量是消息的函数，也就是Hash函数。

数字摘要就是采用单项Hash函数将需要加密的明文“摘要”成一串固定长度（128位）的密文这一串密文又称为数字指纹，它有固定的长度，而且不同的明文摘要成密文，其结果总是不同的，而同样的明文其摘要必定一致。

是将任意长度的消息变成固定长度的短消息，它类似于一个自变量是消息的函数，也就是Hash函数。

数字摘要就是采用单项Hash函数将需要加密的明文“摘要”成一串固定长度（128位）的密文这一串密文又称为数字指纹，它有固定的长度，而且不同的明文摘要成密文，其结果总是不同的，而同样的明文其摘要必定一致。

一个Hash函数的好坏是由发生碰撞的概率决定的。

如果攻击者能够轻易地构造出两个消息具有相同的Hash值，那么这样的Hash函数是很危险的。

一般来说，安全Hash标准的输出长度为160位，这样才能保证它足够的安全。

这一加密方法亦称安全Hash编码法（SHA:Secure Hash Algorithm）或MD5(MD Standards for Message Digest)，由Ron Rivest所设计。

该编码法采用单向Hash函数将需加密的明文“摘要”成一串128bit的密文，这一串密文亦称为数字指纹(Finger Print)，它有固定的长度，且不同的明文摘要成密文，其结果总是不同的，而同样的明文其摘要必定一致。

这样这摘要便可成为验证明文是否是“真身”的“指纹”了。

4.数字签名4.1.概述数字签名（又称公钥数字签名、电子签章）是一种类似写在纸上的普通的物理签名，但是使用了公钥加密领域的技术实现，用于鉴别数字信息的方法。

一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于签名，另一个用于验证。

数字签名，就是只有信息的发送者才能产生的别人无法伪造的一段数字串，这段数字串同时也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明。

数字签名是非对称密钥加密技术与数字摘要技术的应用。

简单地说,所谓数字签名就是附加在数据单元上的一些数据,或是对数据单元所作的密码变换。

这种数据或变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元的来源和数据单元的完整性并保护数据,防止被人(例如接收者)进行伪造。

它是对电子形式的消息进行签名的一种方法,一个签名消息能在一个通信网络中传输。

基于公钥密码体制和私钥密码体制都可以获得数字签名,主要是基于公钥密码体制的数字签名。

包括普通数字签名和特殊数字签名。

普通数字签名算法有RSA、ElGamal、Fiat-Shamir、Guillou- Quisquarter、Schnorr、Ong-Schnorr-Shamir数字签名算法、Des/DSA,椭圆曲线数字签名算法和有限自动机数字签名算法等。

特殊数字签名有盲签名、代理签名、群签名、不可否认签名、公平盲签名、门限签名、具有消息恢复功能的签名等,它与具体应用环境密切相关。

显然,数字签名的应用涉及到法律问题,美国联邦政府基于有限域上的离散对数问题制定了自己的数字签名标准(DSS)。

数字签名算法依靠公钥加密技术来实现的。

在公钥加密技术里，每一个使用者有一对密钥：一把公钥和一把私钥。

公钥可以自由发布，但私钥则秘密保存；还有一个要求就是要让通过公钥推算出私钥的做法不可能实现。

普通的数字签名算法包括三种算法：1.密码生成算法；2.标记算法；3.验证算法。

4.2.主要功能保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生。

数字签名技术是将摘要信息用发送者的私钥加密，与原文一起传送给接收者。

接收者只有用发送者的公钥才能解密被加密的摘要信息，然后用HASH函数对收到的原文产生一个摘要信息，与解密的摘要信息对比。

如果相同，则说明收到的信息是完整的，在传输过程中没有被修改，否则说明信息被修改过，因此数字签名能够验证信息的完整性。

数字签名是个加密的过程，数字签名验证是个解密的过程。

4.3.原理特点每个人都有一对“钥匙”（数字身份），其中一个只有她/他本人知道（密钥），另一个公开的（公钥）。

签名的时候用密钥，验证签名的时候用公钥。

又因为任何人都可以落款声称她/他就是你，因此公钥必须向接受者信任的人（身份认证机构）来注册。

注册后身份认证机构给你发一数字证书。

对文件签名后，你把此数字证书连同文件及签名一起发给接受者，接受者向身份认证机构求证是否真地是用你的密钥签发的文件。

在通讯中使用数字签名一般基于以下原因：一、鉴权公钥加密系统允许任何人在发送信息时使用公钥进行加密，数字签名能够让信息接收者确认发送者的身份。

当然，接收者不可能百分之百确信发送者的真实身份，而只能在密码系统未被破译的情况下才有理由确信。

鉴权的重要性在财务数据上表现得尤为突出。

举个例子，假设一家银行将指令由它的分行传输到它的中央管理系统，指令的格式是(a,b)，其中a是账户的账号，而b是账户的现有金额。

这时一位远程客户可以先存入100元，观察传输的结果，然后接二连三的发送格式为(a,b)的指令。

这种方法被称作重放攻击。

二、完整性传输数据的双方都总希望确认消息未在传输的过程中被修改。

加密使得第三方想要读取数据十分困难，然而第三方仍然能采取可行的方法在传输的过程中修改数据。

一个通俗的例子就是同形攻击：回想一下，还是上面的那家银行从它的分行向它的中央管理系统发送格式为(a,b)的指令，其中a是账号，而b是账户中的金额。

一个远程客户可以先存100元，然后拦截传输结果，再传输(a,b3)，这样他就立刻变成百万富翁了。

三、不可抵赖在密文背景下，抵赖这个词指的是不承认与消息有关的举动（即声称消息来自第三方）。

消息的接收方可以通过数字签名来防止所有后续的抵赖行为，因为接收方可以出示签名给别人看来证明信息的来源。

4.4.流程示例如上图所示。

假如现在 Alice 向 Bob 传送数字信息，为了保证信息传送的保密性、真实性、完整性和不可否认性，需要对传送的信息进行数字加密和签名，其传送过程为：1.Alice 准备好要传送的数字信息（明文）；2.Alice 对数字信息进行哈希运算，得到一个信息摘要；3.Alice 用自己的私钥对信息摘要进行加密得到 Alice 的数字签名，并将其附在数字信息上；4.Alice 随机产生一个加密密钥，并用此密码对要发送的信息进行加密，形成密文；5.Alice 用 Bob 的公钥对刚才随机产生的加密密钥进行加密，将加密后的 DES 密钥连同密文一起传送给Bob；6.Bob 收到 Alice 传送来的密文和加密过的 DES 密钥，先用自己的私钥对加密的 DES 密钥进行解密，得到 Alice随机产生的加密密钥；7.Bob 然后用随机密钥对收到的密文进行解密，得到明文的数字信息，然后将随机密钥抛弃；8.Bob 用 Alice 的公钥对 Alice 的数字签名进行解密，得到信息摘要；9.Bob 用相同的哈希算法对收到的明文再进行一次哈希运算，得到一个新的信息摘要；10.Bob 将收到的信息摘要和新产生的信息摘要进行比较，如果一致，说明收到的信息没有被修改过。