23、密码学哈希算法与非对称加密算法解析

密码学哈希算法与非对称加密算法解析

1. 密码学哈希算法概述

在密码学领域,我们接触到了多种哈希算法,其中SHA系列哈希算法应用最为广泛,值得我们重点熟悉。此外,还有一些其他算法也被广泛使用,值得深入研究。

下面通过一些测试问题来加深对这些算法的理解:
|序号|问题|答案|
| ---- | ---- | ---- |
|1|一种依赖于分组密码,仅使用最后一个分组的消息认证码是什么?|CBC - MAC|
|2|通过先将输入划分为字并计算这些字的模和来工作的是什么?|Fletcher校验和|
|3|作为NESSIE项目一部分被选中的使用修改后的分组密码的哈希算法是什么?|Whirlpool|
|4|最终被选为SHA - 3的算法是什么?|Keccak|
|5|所有密码学哈希函数必须具备的三个属性是什么?|a) 可变长度输入产生固定长度输出;b) 无碰撞;c) 不可逆|
|6|作为MD5、SHA1和SHA2基础的压缩函数是什么?|Merkle - Damgård|
|7|在欧洲开发并被德国安全机构推荐的是什么?|RIPEMD - 160|
|8|本章中讨论的于1995年发布并产生192位摘要的算法是什么?|Tiger|
|9|在SHA - 3竞赛中是五名决赛选手之一(但未获胜),并基于Threefish分组密码的是什么?|Skein|
|10|本章介绍的哪些哈希函数具有可证明的安全性?|Fast Syndrome - Based (FSB) 哈希函数|

2. 非对称加密算法基础

非对称加密,正如其名,使用一个密钥加密消息,而使用另一个(相关

### 哈希算法非对称加密算法的关系 哈希算法非对称加密算法在现代密码学中分别承担不同的功能,但它们经常结合使用以实现更高的安全性。哈希算法主要用于保证数据的完整性,而非对称加密算法则用于身份认证和密钥交换[^1]。 在数字签名机制中,这两种算法通常协同工作。发送方首先使用哈希算法生成数据的摘要,然后使用自己的私钥对该摘要进行加密,形成数字签名。接收方在验证签名时,会使用相同的哈希算法重新计算数据摘要,并使用发送方的公钥解密签名中的摘要,比较两个摘要是否一致来判断数据是否被篡改[^3]。 例如,在RSA数字签名方案中,SHA-256常被用作哈希算法,而RSA则是用于加密和解密签名值的非对称算法。这种组合方式广泛应用于安全通信、固件更新以及代码签名等场景中。 ```python import hashlib from Crypto.Signature import pkcs1_15 from Crypto.PublicKey import RSA from Crypto.Hash import SHA256 # 假设data为需要签名的数据 data = b"Secure Firmware Update" # 使用SHA-256生成数据摘要 hash_obj = SHA256.new(data) digest = hash_obj.digest() # 加载私钥并生成签名 private_key = RSA.import_key(open('private.pem').read()) signer = pkcs1_15.new(private_key) signature = signer.sign(hash_obj) # 验证签名 public_key = RSA.import_key(open('public.pem').read()) verifier = pkcs1_15.new(public_key) try: verifier.verify(hash_obj, signature) print("Signature is valid.") except (ValueError, TypeError): print("Signature is invalid.") ``` 上述代码展示了如何使用Python的`Crypto`库结合SHA-256哈希算法RSA非对称加密算法实现数字签名和验证过程。 由于哈希算法的输出长度固定且具有抗碰撞特性,它能够有效防止攻击者伪造签名。一个安全的哈希算法必须具备低碰撞概率和不可预测性,从而确保即使输入发生微小变化,输出也会完全不同[^4]。 在实际应用中,如果哈希算法的安全性不足(如MD5或SHA-1),攻击者可能通过构造哈希碰撞来伪造签名,从而破坏整个系统的信任机制。因此,推荐使用更安全的哈希算法如SHA-256或SHA-384来配合非对称加密算法使用[^5]。
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