密码学入门到去世

• 密码学

  • 密码编码学

    研究如何对明文进行编码加密

  • 密码分析学

    研究如何破译密码

• 密码与信息安全

  • 密码的算法总会被公开

    不要使用保密的密码算法。

  • 弱密码比不加密更危险

    信息被加密 != 安全强度高，人们容易通过密码这个词获得一种错误的安全感，意识深处会放弃警惕性

  • 密码总会被破解

    一次性密码本除外

  • 密码只是信息安全的一部分

    

• 密码学家的工具箱

  

• 对称密码算法

  加密和解密时采用同一密钥

  

• 非对称密码算法

  非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥和私有密钥。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密

  由已知公钥推导出私钥在计算上不可行

  • 加密流程

    1. 接收方生成公私钥对，私钥由接收方保管
    2. 接收方将公钥发送给发送方
    3. 发送方通过公钥对明文加密，得到密文
    4. 发送方向接收方发送密文
    5. 接收方通过私钥解密密文，得到明文

  

• 单项散列

  保证的不是数据的机密性，而是数据的不可篡改性

  • 特点

    1. 无论消息长度，计算出的长度永远不变
    2. 快速计算
    3. 消息不同，散列值不同，具有抗碰撞性
    4. 具有单向性，不可由散列值推出原消息

  • 单向散列算法

    算法	散列长度，bit	输入长度
    MD4 （Message Digest 4）	128		已破解
    MD5	128		已破解
    SHA-1	160	$2^{64} = 2048 \text{ PB}$	谨慎使用，不推荐
    SHA2 (SHA-224)	224 (32*8 - 32)	$2^{64}$	- 32 表示截去 32 bit，下同
    SHA2 (SHA-256)	256 (32*8)	同上
    SHA2 (SHA-512/224)	224 (64*8 - 288)	同上
    SHA2 (SHA-512/256)	256 (64*8 - 256)	同上
    SHA2 (SHA-384)	384 (64*8 - 128)	$2^{128}$
    SHA2 (SHA-512)	512	同上
    SHA-3		无限制
    RIPEMD-128			已破解
    RIPEMD-160			谨慎使用，是比特币采用的
    RIPEMD-256
    RIPEMD-320

  • 攻击方法

    • 暴力破解，冗余碰撞
    • 生日攻击，针对强抗碰撞性

• 消息认证码MAC

  消息认证码(Message Authentication Code)，简写为 MAC。发送方与接收方共享密钥，通过该共享密钥对计算 MAC 值。

  单向散列可以解决篡改的问题，但消息是来自可信一方，还是来自伪装者，却无法解决。伪装者完全可以发送有害的信息和该信息的散列，而接受者却无法分辨。 消息认证码技术可以解决此类问题

  • MAC使用步骤

    1. 发送方 A 与接收方 B 共享密钥
    2. 发送方 A 通过密钥计算 MAC 值 = MAC-A
    3. 发送方 A 发送原消息 + MAC-A
    4. 接收方 B 对原消息通过密钥计算 MAC 值 = MAC-B
    5. 接收方 B 比较 MAC-A 与 MAC-B，若一致则成功。

  • MAC实现

    MAC 实现的关键，是获得一串需要与共享密钥相关而且足够有区分度的串。因此，可以通过多种方式获得 MAC 值，如单向散列、分组密码截取最后一组作为 MAC 值、流密码、非对称加密等。

  • 存在的问题

    1. 密钥配送
    2. 重放攻击，窃取某一次通信中的正确的 MAC，然后攻击者重复多次发送相同的信息。由于信息与 MAC 可以匹配，在不知道密钥的情况下，攻击者就可以完成攻击。以下方法可以避免：
       1. 序号，约定信息中带上递增序号，MAC 值为加上序号的 MAC。
       2. 时间戳，约定信息中带上时间戳
       3. 随机数 nonce，每次传递前，先发送随机数 nonce，通信时带上 nonce
    3. 暴力破解
    4. 无法防止否认，因为密钥是共享的，接收者可以伪造对发送者不利的信息。

• 数字签名

  • 使用步骤

    1. 签名方 A 生成非对称公私钥对
    2. A 向消息接收方 B 发送公钥
    3. A 采用私钥加密（一般是对消息的散列值进行加密），生成数字签名
    4. A 将消息与数字签名发往 B
    5. B 采用公钥解密数字签名
    6. B 验证数字签名

  • 数字签名实现

    非对称加密

  • 存在的问题

    接收方无法确认收到的公钥是签名方私钥所对应的公钥

    接收方可能会使用攻击者的公钥，接收攻击者私钥签名的信息

• 证书

  证书是对数字签名所发布的公钥进行权威的认证。证书可以有效地避免中间人攻击的问题。

  • PKC

    Public-Key Certificate，公钥证书，简称证书。

  • CA

    Certification Authority，认证机构。对证书进行管理，负责：

    1. 生成密钥对

    2. 注册公钥时对身份进行认证
    3. 颁发证书
    4. 作废证书

  • RA

    Registration Authority 注册机构 ，负责注册公钥和身份认证的

  • PKI

    Public-Key Infrastructure，公钥基础设施，是为了更高效地运用公钥而制定的一系列规范和规 格的总称。比较著名的有PKCS（Public-Key Cryptography Standards，公钥密码标准，由 RSA 公司制定）、X.509 等。PKI 是由使用者、认证机构 CA、仓库（保存证书的数据库）组成。

  • CRL

    Certificate Revocation List 证书作废清单，是 CA 宣布作废的证书一览表，会带有 CA 的数字签名。一般由处理证书的软件更新 CRL 表，并查询证书是否有效。

  • 使用步骤

    

  • 存在的问题

    1. 公钥注册前进行攻击
    2. 注册相似信息进行攻击，例如 Bob 和 BOB
    3. 窃取 CA 的私钥进行攻击，CA 的私钥一旦被泄露，需要通过 CRL 通知客户
    4. 伪装成 CA 进行攻击，一般证书处理软件只采纳有限的根 CA
    5. 利用 CRL 发布时间差，私钥被盗-通知 CA-发布 CRL，均存在时间差
    6. 利用 CRL 发布时间差否认信息。发布有害信息-通知 CA 作废证书-发布 CRL，由于存在时间差，恶意消息的发布者完全可以否认恶意消息是由其发出的