密码学概论

1.密码学的三大历史阶段：

1. 第一阶段 古典密码学 依赖设备，主要特点 数据安全基于算法的保密，算法不公开，只要破译算法 密文就会被破解， 在1883年第一次提出 加密算法应该基于算法公开 不影响密文和秘钥的安全；衡量加密算法的安全 是所需要话费的时间，一般电脑需要300年才能破译 认为强度是安全的
2. 第二阶段 计算机的出现 进入电子密码学阶段， 加密算法公开  主要特点：   数据安全基于秘钥安全 而不是算法的保密。衡量保密强度是破译的时间
3. 第三阶段： 公钥密码使得 发送端和接收端无秘钥传输的保密通讯成为可能。

2.加解密的基础操作：

1. 置换：按照规则替换内容信息

• 置换是用一个特定的值替换另一个特定值得过程
• 置换需要通信双方事先通知置换的方法
• 置换比较简单，频繁使用会找到规律
• 上例中置换基础原则为： 基数未ASCII 码值加1， 偶数为 ASCII 码值加2

2. 移位：打乱字母的排列顺序

• 移位 把某个字母以前或其后几位的某个特定字母替代
• 移位具有规律，容易被攻破

3. 编码：ASCII编码    BASE64编码

3.加密算法分类

• 密码设计的基本公理是 算法公开
• 系统安全性仅依赖于  秘钥的保密性

    加密算法的分类：

• 对称秘钥密码算法 （又称私有秘钥算法）
• 非对称秘钥密码算法 （又称公钥密码算法）

   加密算法秘钥强度对比： 

4.对称加密算法 ：

• 使用同一秘钥进行加密解密
• 优势： 加解密速度快，密文是紧凑（密文和原文大小相差不大） 安全的
• 缺点： 秘钥分发，秘钥存储和管理  无法解决秘钥在传输、存储过程中的安全。缺乏对数字签名/不可否认的支持

  

著名对称加密算法：

    ➥ DES     3DES

• DES 是一种块或分组加密算法 (Data Encryption Standard）
• 20世纪70年代 IBM 公司发明
• DES 秘钥固定 56bit太短  不安全（暴力破解）,需要经常更换秘钥， 3DES 可解决秘钥短带来的安全性
• DES 以块模式对 64bit 的源文块 进行操作
• 使用 DES CBC模式（  IV 向量） 增加安全性,   3DES 秘钥放大3倍，168位 以提高安全性

   

➥ ASE    （Advanced  Encrytion Standard）

• 1997年颁布  用于取代 DES加密算法
• 适合高速网络，适合在硬件上实现
• 使用128位， 192位 或256位的秘钥块（还能以32bit 扩展）
• 3DES 的替代加密方案， 硬件运行效率高  适用于无线、音视频加密

        

➥ RC 系列 轻量级 速度块 对硬件要求低 （RC2, RC4,  RC5）这里主要讲下  RC4

• Rivest 设计
• 秘钥长度可变
• 流模式加解密算法，面向bit 操作
• 算法基于随机置换
• RC4 应用范围广（https/WEP/WPA） WPA2-AES

➥ IDEA    国际数据加密算法

• 分组长度64位， 秘钥长度128位
• 设计原理： 来自不同代数群的 混合运算

  ➥ 异或
  ➥ 模216加
  ➥ 模216 + 1 乘

➥ CASR

➥ Blowfish

• Bruce Schneier 设计
• 秘钥长度可变
• 易于软件快速实现， 所需存储控件不到5KB
• 安全性可以通过改变秘钥长度进行调整
• 适用于秘钥不经常改变的加密
• 不适用于需要经常交换秘钥的情况

5. 公钥加密算法（非对称加密算法） ：

• 公钥加密比私钥出现的晚
• 私钥加密使用同一个秘钥来加密和解密信息
• 私钥可以生成公钥，私钥加密公钥解密；公钥加密私钥解密
• 公钥加密使用两个秘钥，一个秘钥用来加密信息，另外一个用来解密信息
• 应用： 公钥加密 保密性， 私钥签名 数字签名

•  优点：私钥不用 存储/传输 公钥可传输，可以保证秘钥在传输过程中的安全。
•  缺点：加密相对速度慢，密文不紧凑 ， 可以和对称加密 相互配合使用

 常用的公钥加密算法：

➥ RSA  最主流的公钥加密算法

• 1977年由  Ron Rivest,  Adi Shamir  和 Len Adelman 开发
• 专利于2000年9月到期
• 秘钥长度在512 - 8192 bit 之间
• 安全性基于 大素数因子分解的困难性
• RSA 比用软件实现的DES慢 100倍
• RSA 比用硬件实现的DES慢 1000倍
• RSA 的主要用途： 解码 数字签名和密钥交换（加密散列 秘钥）
• 

➥ HD （Diffie-Hellman）

• 1976年  Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 发明
• 解决对称加密系统中的秘钥的 发布问题
• 无需使用代价高昂既可对秘钥达成共识
• 安全性来基于 很难计算出 很大的离散对数
• 现在秘钥管理中提供其他算法的秘钥管理

➥ DSA

➥ ECC  区块链中的 椭圆加密算法

• 1985年提出
• 原理：给定椭圆曲线上的两个点 A和B， 如A = kB,要找到整数 k非常困难
• 秘钥更小： 与1024位和RSA秘钥具有同样的安全性的  秘钥只有 160位

公钥加密算法常见的应用：

• 加密&解密
• 数字签名：发送方用自己的私钥签署报文， 接收方用对方的公钥验证对方的签名
• 秘钥交换：双方协商回话秘钥

6. 数字签名 ： 

➥ RSA  提供认证和抗抵赖性（私钥签名）

➥ 数字签名 Digital Signature

7. 数字证书与CA  

CA（Certificate Authority, 电子商务认证授权机构 ） 解决签名认证问题，类似身份证颁发机构

8. 哈希与HMAC

哈希 Hash(也叫散列函数), 常用的有：MD5  SHA

• 将一段数据（任意长度）经过计算，  转化为一段 定长的数据
• 不可逆性  几乎无法通过Hash 结果推导出原文，既无法通过 x 的 hash 推导出 x
• 无碰撞性   几乎没有可能找到一个 y, 使得 y的 Hash 值等于x的 hash值
• 雪崩效应   输入轻微变化  Hash 输出值 产生巨大变化
• 单向          不可能从散列值推出原始数据
• 使用场景

  1.发布文件的完整性验证  篡改， 如金融类软件  MD5
  2.服务器中保存用户密码
  3.数据签名

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