安全性算法内容整理

传输数据会产生的四个主要问题

窃听（Eavesdrop）：数据在传输时被第三方偷取。因此需要加密。

欺骗（Spoofing）：第三方伪装成接收方接受数据，或伪装成发送方发送数据。用消息认证码和数字签名防范此问题。

篡改（Falsification）：第三方在传输过程中改动数据。用消息认证码和数字签名防范此问题。

抵赖（Repudiation）：发送方否认已发出的消息。用数字签名防范此问题。

哈希函数（Hash Function）

根据输入数据生成固定长度的不规则值（哈希码）的函数。

输入完全不同的数据时，有很低的概率得到相同的哈希码，发生哈希碰撞（Hash Collision）。

例如：MD5（Messege-Digest Algorithm 5），SHA-1（Secure Hash Algorithm 1)，SHA-2（Secure Hash Algorithm 2，最普遍和安全）。

对称加密算法（共享密钥加密算法，Shared-Key Cryptosystem）

发送和接收方使用同一个密钥解密和加密。

例如：凯撒密码（Caesar cipher），AES（Advanced Encryption Standard），DES（Data Encryption Standard），一次性密码本（One-Time Pad）。

案例：英格玛（Enigma）。

意义和特点：易于设计，加密和解密的速度快。但有密钥被偷窥的风险，或者说密钥传输比较困难。

非对称加密算法（公开密钥加密算法，Public-Key Cryptosystem）

接收方设计一对加密公钥和解密私钥，将公钥公开，发送方使用公钥加密，接收方使用私钥解密。

例如：RSA，圆锥曲线密码（ECC，Elliptic-Curve Cryptosystem）。

案例：紫操学姐寻人帖（笑）。

意义和特点：设计困难，加密和解密更费时。

混合加密系统（Hybrid Cryptosystem）

接收方设计一对加密公钥A和解密私钥B，将A公开。发送方设计另一个密钥C，使用A公钥加密C后发送给接收方。接收方使用B解密得到C。

此后发送和接收方使用同一个密钥C解密和加密。

案例：SSL（Secure Sockets Layer），TLS（Transport Layer Security）。

意义和特点：解决非对称加密算法费时的问题。因此兼具安全性和处理速度。

迪菲-赫尔曼密钥交换（Diffie–Hellman Key Exchange）

A、B两方共享原始公钥P，分别设计私钥SA，SB。

根据公钥P，分别合成新的公钥P-SA，P-SB并直接发送给对方。

根据手上的私钥和新获得的公钥，A、B进一步合成密钥P-SB-SA，P-SA-SB。

密钥合成的方法要求合成结果与顺序无关，因此密钥P-SB-SA和P-SA-SB是等价的，都称为P-SA-SB。

现在双方可以用P-SA-SB为密钥实现非对称加密传输。而第三方根据公钥P，P-SA，P-SB无法合成密钥P-SA-SB。

例如：基于离散对数问题（Discrete Logarithm Problem）设计的密钥合成方法：

P为底数G和被除数Q（一个非常大的素数）。

SA为指数A。SB为指数B。

P-SA为G^A mod Q。P-SB为G^B mod Q。

P-SA-SB为(G^A mod Q)^B mod Q。

P-SB-SA为(G^B mod Q)^A mod Q。

P-SB-SA和P-SA-SB是等价的，而第三方根据P，P-SA，P-SB无法合成P-SA-SB。

意义和特点：解决对称加密算法密钥传输困难的问题。

消息认证码（Message Authentication Code，MAC）

MAC是对信息（在安全性算法中，信息是传输的密文）进行处理得到的认证码。MAC不包含原始内容，只是作为识别用。

在传输信息时也传输MAC进行核对以防篡改，

例如：HMAC（Hash-based MAC），OMAC（One-key MAC），CMAC（Cipher-based MAC）

数字签名（Digital Signature）

发送方设计一对加密私钥和解密公钥，将公钥公开，发送方使用私钥加密信息制作数字签名，接收方使用公钥解密验证数字签名。因此只有发送方能制作与信息相对应的合法的数字签名。

意义：防范欺骗、篡改和抵赖。

数字证书（Digital Certificate）

证书授权中心（Certificate Authority，CA）是独立于发送方和接收方的机构。它用于解决无法确认公钥是否为发送方发送的问题。

发送方A欲将原始信息P0（发送方设计的公钥）传送给接受方B前，首先在CA申请取得数字证书。CA设计与A的身份信息对应的一组加密私钥S1和解密公钥P1。CA用S1加密P0得到P0-S1，发送给A。A将P0-S1告知B。B再根据A的身份信息（电子邮件）从CA处获得公钥P1，用P1解密P0-S1得到A的原始信息P0。因第三方无法以A的身份信息向CA获得数字证书，因此它可以防止第三方伪装成A发送信息。

当发送方为网站时，证书即是服务器证书（Server Certificate）。

CA的真实性由上一层CA认证，因此CA呈现一种套娃的树状担保结构。最上层的根认证机构（Root CA）多为大企业或政府机关。这形成了公开密钥基础建设（Public Key Infrastructure，PKI）。

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https://blog.csdn.net/baidu_22254181/article/details/82594072