安全防御------密码学

菜鸟Zyz

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分类专栏：安全防御文章标签：安全密码学

于 2023-08-03 13:29:02 首次发布

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密码学之于信息传输 --- 在不安全的环境下建立安全输出通道。

密码 --- 明文 --> 算法 + 密钥 ---> 密文

举例：

明文 ok

凯撒密码

算法：对字母进行平移可以左也可以右，移动若干位

密钥：向右平移 3 个字母

密文 rn

一、密码分类

1.对称加密

对称加密是一种加密方式，其中加密和解密使用相同的密钥。这意味着在发送消息或文件之前，发送方和接收方必须共享相同的密钥，以便对数据进行加密和解密。

加密信息传递有两个通道：密文传递通道，密钥传递通道。

2.非对称加密

在互联网时代我们希望能够在网上公开途径传输密钥。

非对称加密是一种加密方式，其中加密和解密使用不同的密钥。这些密钥称为公钥和私钥。

在非对称加密中，发送方使用接收方的公钥加密消息或文件，而接收方使用其私钥来解密它们。反之，发送方可以使用自己的私钥对数字签名进行签名，而接收方可以使用发送方的公钥验证数字签名的完整性。

对称加密 速度快 但是密钥不安全

非对称加密算法 速度慢但是安全

最佳解决：用非对称加密算法加密对称加密算法的密钥。

3.非对称加密的产生过程及原理

对称加密的困境

密钥的安全传输 --- 对称加密算法的缺陷

密钥传输风险

Alice 与 bob 必须使用一个安全的信道来传输对称密钥，但是消息传输的通道是不安全的。

对称加密 A 的密钥需要用对称加密 B 来传输 ---B 的密钥不安全会导致 A 的不安全。

密钥管理难

如果没有非对称加密，百度这个企业需要和用户做安全传输，就需要保存至少 3-5 亿个密钥。

根据我们上图的非对称算法只需要一把公钥，而对称需要亿级别的钥匙。

机密性最佳解决：用非对称加密算法加密对称加密算法的密钥

完整性与身份认证最佳解决：对明文 a 进行 hash 运算得到定长值 h ，然后对 h 进行非对称运算用私钥加密得到值k ，然后对明文 a 进行对称运算得到 y ，传输时同时传输 y 和 k ，收到后用非对称公钥解开 k 得到 h‘ ，然后用对称算法解开y 得到 a ，然后对 a 进行 hash 得到 h‘‘ 如果 h‘ 与 h‘’ 相同，则证明完整性与身份认证。

二、数字认证

身份认证技术的应用：

身份认证：通过标识和鉴别用户身份，防止攻击者假冒合法用户来获取访问权限。

身份认证技术：在网络总确认操作者身份的过程而产生的有效解决方法。

如何确认信息的发送者一定是他本人？

发送者是 alice ，使用非对称算法，生成私钥 A ，公钥 B 。

1. alice 把公钥给 bob

2. alice 发送信息 hello ， world ！

3. alice 把发送的信息用对称加密算法加密到加密信息 C 。

4. alice 把发送的 hello ， world ！先用 hash 算法计算得到 hash 值 D 。

5. alice 把 hash 值 D 用非对称加密计算得到 E 。 E 值就是用于身份验证的。

6. alice 把 C ， E 一起发给 bob 。

7. bob 收到 C,E 值，先用非对称的公钥对 E 进行解密，如果能正常解开则证明 C 值是 alice 的。

上述 1 中如果黑客偷换了 alice 的公钥，那么就会出现身份认证漏洞。

解决：

alice 把公钥给 bob 的环节能确保是安全的，一定是 alice 给的。

想办法证明 alice 的公钥一定是 alice 的。

场景：

黑客针对上述的攻击：

解决方案：

公钥的 “ 身份证”-----数字证书

1.数字证书包含

用户身份信息

用户公钥信息

身份验证机构的信息及签名数据

2.数字证书分类

签名证书 ---- 身份验证，不可抵赖性。

加密证书 ---- 加密，完整性与机密性。

三、密码学完整应用

首先给原始信息用Hash算法验证完整性，得到了原始信息的信息摘要；再用Alice的私钥签名进行加密处理就得到了数字签名。而解数字签名需要公钥，公钥在传递的过程中需要证书，所以Alice就在权威机构申请证书。之后将原始信息，数字签名和证书一起传递，并用Alice和Bob之间的对称密钥对传送数据进行加密得到加密信息，而Alice和Bob之间的对称密钥要用Bob的公钥进行加密得到密钥信封，之后将加密信息和密钥信封一起传递到公网。

来到公网后，因为密钥信封需要Bob的私钥才能打开，而Bob私钥的攻击者得不到的，所以密钥信封是安全的，那么加密信封也是安全的。

之后加密信息和密钥信封来到Bob，Bob先用自己的私钥解开对称密钥，用对称密钥去撞加密信息得到原始信息，数字签名和Alice的证书。然后用Alice公钥去验证签名得到信息摘要；同时对得到的原始信息用Hash算法进行验证得到另外一份摘要。将这两份摘要进行比对，若相同，则代表数据在传输过程中是安全的。

四、SSL协议

SSL（Secure Sockets Layer）是一种用于保护网络通信安全的协议。SSL的工作过程如下：

1.握手阶段（Handshake Phase）：

客户端向服务器发起SSL连接请求。
服务器将自己的SSL证书（包含公钥）发送给客户端。
客户端验证服务器证书的有效性，包括检查证书的签名、过期日期等。
客户端生成一个随机的对称密钥（称为会话密钥），并使用服务器的公钥进行加密。
客户端将加密后的会话密钥发送给服务器。

2..密钥协商阶段（Key Exchange Phase）：

服务器使用自己的私钥解密客户端发送的会话密钥。
服务器和客户端都拥有相同的会话密钥，用于后续的加密和解密通信。

3.数据传输阶段（Data Transfer Phase）：

客户端和服务器使用会话密钥进行对称加密和解密，保护数据的隐私和完整性。
客户端和服务器之间的所有通信内容都通过加密的方式进行传输，第三方无法窃取或修改数据。

值得注意的是，SSL已经被Transport Layer Security（TLS）所取代，但仍然广泛使用"SSL"这个术语来指代TLS协议。TLS在原始的SSL协议基础上进行了改进和增强，并提供了更强大的安全性。
总而言之，SSL/TLS通过认证服务器身份、生成对称密钥并加密数据，确保在客户端和服务器之间的通信是安全的、私密的和完整的。这种加密通信机制在保护敏感信息和防止数据泄露方面非常重要，广泛应用于网上银行、电子商务网站、电子邮件等安全传输场景中。