2024年10月1日 15:33:59
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90af05b0a2
@ -1,10 +1,26 @@
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# 密码学
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> **一、密码学基本概念**<br>
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> **一、基本概念**<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>古典密码、近代密码、现代密码等各密码学发展阶段的特点；<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>基本保密通信模型；<br>
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> <span style="color:blue;">理解</span>密码系统安全性相关概念（科克霍夫准则、密码系统安全性评估）；<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>密码算法分类的概念。
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> **二、对称密码算法**<br>
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> <span style="color:blue;">理解</span>对称密码算法的概念及算法特点；<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>DES、3DES、AES等典型对称密码算法。
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> **三、公钥密码算法**<br>
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> <span style="color:blue;">理解</span>非对称密码算法(公钥算法）的概念及算法特点；<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>RSA、SM2等典型非对称密码算法。
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> **四、其他密码服务**<br>
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> <span style="color:blue;">理解</span>哈希函数、消息认证码、数字签名等密码服务的作用。
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> **五、公钥基础设施**<br>
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> <span style="color:green;">了解</span>PKI的基本概念及PKI体系构成；<br>
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> <span style="color:blue;">理解</span>CA及其他组件在PKI体系中的作用；<br>
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> <span style="color:red;">掌握</span>PKI的应用场景。
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### 一、密码学基本概念
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@ -68,28 +84,186 @@
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#### 8、分组密码与流密码
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- 按对明文的处理方式，可将对称密码体制分为<span style="color:red;">分组密码</span>（Blockcipher）和<span style="color:red;">流密码</span>（Streamcipher）。
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- <span style="background-color:yellow;">分组密码也称块密码，是将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密</span>，对每个输人块产生一个输出块，输出也是固定长度的密文。典型的分组密码算法有DES、AES等。
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- <span style="background-color:yellow;">流密码也称序列密码</span>，是将明文消息按字符逐位地加密，连续地处理输人明文，并随着该加密的进行，一次产生一个密文的输出，即一次加密一个比特或一个字节。<span style="background-color:yellow;">典型的例子如一次一密</span>（One-time padding）。
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### 二、对称密码算法
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#### 1、算法特点
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- 加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同
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> 对称密码算法也称为传统密码算法、秘密密钥算法或单密钥算法，其加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。
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- <span style="color:red;">典型算法</span>：DES、3DES、AES、IDEA等
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> 典型的分组对称密码算法包括DES、IDEA、AES、RC5、Twofish、CAST-256、MARS等。
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- <span style="color:red;">优点</span>：高效
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- <span style="color:red;">不足</span>：安全交换密钥问题及密钥管理复杂
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#### 2、DES 和 3DES
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- 数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）是1977年美国联邦信息处理标准（FIPS）中所采用的一种对称密码（FIPS46-3），<span style="background-color:yellow;">是迄今为止世界上使用最为广泛的一种密码算法，它对分析、掌握<span style="color:red;">分组密码</span>的基本理论和设计原理有着重要的意义</span>。
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- 美国国家标准局采用了<span style="color:red;">IBM公司</span>提交的<span style="color:red;">Luciffer算法</span>的改进版本。
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- DES算法把64位的明文输入块变为<span style="color:red;">64位</span>的密文输出块，它所使用的<span style="color:red;">密钥也是64位</span>（有效密钥为56位，第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1）。
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- 3DES：该方法使用两个密钥，执行3次DES算法，加密的过程是加密 - 解密 - 加密，解密的过程是解密 - 加密 - 解密。
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采用两个密钥进行三重加密的好处如下：
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- <span style="background-color:yellow;">两个密钥合起来有效密钥长度有112比特</span>，可以满足商业应用的需要，若采用总长为168比特的3个密钥，会产生不必要的开销。
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- 加密时采用加密 - 解密 - 加密，而不是加密 - 加密 - 加密的形式，这样有效地实现了与现有DES系统的向后兼容问题。因为当秘钥 K1 = K2 时，三重DES的效果就和原来的DES一样，有助于逐渐推广三重DES。
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#### 3、AES
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- <span style="color:red;">高级加密标准</span>（Advanced Encryption Standard，AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。
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- 1997年，美国国家标准技术研究所（NIST）
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- AES的基本要求是比三重DES快而且至少和三重DES一样安全，<span style="background-color:yellow;">分组长度为128比特，密钥长度为128/192/256比特</span>。
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#### 4、其他算法
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1. RC4算法
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- 算法不对明文进行分组处理，而是字节流的方式依次加密明文中的每一个字节，解密的时候也是依次对密文中的每一个字节进行解密。算法密钥长度是可变的。
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2. BlowFish算法
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- 算法是一个64位分组及可变密钥长度的对称密钥分组密码算法，可用来加密64比特长度的字符串。该算法是非专利的。
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3. IDEA算法
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- 国际数据加密算法（International Data Encryption Algorithm，IDEA），使用<span style="color:red;">128位的密钥</span>和8个循环，它采用软件实现，和采用硬件实现同样快速。
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### 三、非对称密码算法
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#### 1、算法特点
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- 密钥成对（公钥，私钥）
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- 公钥加密私钥解、私钥加密公钥解
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- 每个用户都有一个密钥对，即公钥和私钥，其中<span style="color:red;">公钥是公开的</span>，而私钥是机密的，只有用户本人拥有。密钥必须配对使用，如果用一个用户的公钥加密，那么只有该用户的私钥才能进行解密，反之亦然。
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- 公钥加密，私钥解密，确认收件人：<span style="color:red;">数字信封</span>
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私钥加密，公钥解密，确认发件人：<span style="color:red;">数字签名</span>
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- <span style="background-color:yellow;">Windows系统中NTFS分区下的EFS加密属于非对称式加密。</span>
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- <span style="color:red;">典型算法</span>：RSA、ECC、EIGamal
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- <span style="color:red;">优点</span>：解决密钥传递问题、密钥管理简单、提供数字签名等其他服务
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- <span style="color:red;">缺点</span>：计算复杂、耗用资源大
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#### 2、RSA算法
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- RSA公钥密码算法是以发明者 R.Rivest 、A.Shamir 和 L.Adleman 的名字命名的，它的安全性是基于整数因子分解问题的困难性。RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，易于理解和操作；是被研究得最广泛的公钥算法，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受；也被普遍认为是目前最优秀、应用最广泛的公钥算法之一。
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#### 3、SM2算法
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- SM2是我国密码管理局于2010年12月17日发布（第21号）的国家密码标准，是基于ECC（椭圆曲线密码算法）的公钥密码算法。
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### 四、其他密码服务
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#### 1、哈希函数
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- 哈希函数是能将<span style="color:red;">任意</span>长度的数据映射成为一个<span style="color:red;">定</span>长的字段的函数。
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- <span style="color:red;">作用</span>：数据完整性检查
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- <span style="color:red;">典型算法</span>：MD5、SHA-1
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- <span style="color:red;">数学性质</span>
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- 单向性
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- 弱抗碰撞性
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- 强抗碰撞性
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#### 2、消息认证码
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- <span style="color:red;">基本特点</span>
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- 也称消息鉴别码（Message Authentication Code，MAC）
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- 利用密钥来生成一个固定长度的短数据块，并将该数据块附加在消息之后。
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- <span style="color:red;">作用</span>：完整性校验、时间和顺序验证。
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- <span style="color:red;">实现算法</span>
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- 分组链消息鉴别码（CBC-MAC）
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- 基于哈希函数的MAC（HMAC）
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#### 3、数字签名
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- <span style="color:red;">基本特性</span>
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- 不可伪造性
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- 不可否认性
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- 完整性
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- 应用示例
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- 发送过程
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- 接收过程
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### 五、公钥基础设施
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#### 1、定义
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- PKI是一个包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，用来实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销等功能。
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#### 2、PKI架构
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- CA（认证权威）
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- RA（注册权威）
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- 证书存放管理（目录服务）
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- 终端实体（证书持有者和应用程序）
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#### 3、CA：认证权威
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- 签发证书
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- 更新证书
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- 管理证书
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- 撤销、查询
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- 审计、统计
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- 验证数字证书
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- 黑名单认证(CRL)
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- 在线认证(OCSP)
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> <span style="background-color:yellow;">CA是PKI体系的核心。</span>
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#### 4、RA：注册权威
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- <span style="color:red;">受理</span>用户的数字证书<span style="color:red;">申请</span>
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- 对证书申请者身份进行审核并提交CA制证；
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- 类似于申请身份证的派出所。
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- 提供证书生命期的<span style="color:red;">维护</span>工作
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- 受理用户证书申请；
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- 协助颁发用户证书；
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- 审核用户真实身份；
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- 受理证书更新请求；
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- 受理证书吊销。
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#### 5、证书库/CRL
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- <span style="color:red;">证书存放管理</span>
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- 信息的存储库，提供了证书的保存，修改，删除和获取的能力；
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- 采用LDAP标准的目录服务存放证书，其作用与数据库相同，优点是在修改操作少的情况下，对于访问的效率比传统数据库要高。
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- LDAP：轻型目录访问协议，基于TCP/IP。
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- <span style="color:red;">CRL</span>（Certificate Revocation List）：证书撤销列表，也称“证书黑名单”
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- 被撤销证书的序列号；
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- 证书有效期期间因为某种原因）（人员调动、私钥泄漏等）导致证书不再真实可信，因此需要进行证书撤销。
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#### 6、终端实体
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- <span style="color:red;">数字证书</span>
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- 经证书权威机构CA签名的、包含<span style="color:red;">拥有者身份信息</span>和<span style="color:red;">公开密钥</span>的数据体；
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- 国际标准X.509定义了电子证书的规范格式。
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- 在X.509标准中，数字证书主要包括3部分内容：<span style="color:red;">①</span>证书体、<span style="color:red;">②</span>签名算法类型、<span style="color:red;">③</span>CA签名数据。
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- 拥有公私密钥对和相应公钥证书的<span style="color:red;">最终用户</span>，可以是<span style="color:red;">人</span>、<span style="color:red;">设备</span>、<span style="color:red;">进程</span>等。（这个是终端实体的定义，即什么是终端实体。）
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#### 7、PKI/CA技术的典型应用
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