江苏龙网

  1. 主页 > 生活百科 > >

密码学及公钥基础设施入门( 二 )

密码


密码学及公钥基础设施入门

文章插图
 
这里我们留意到一个问题：如果相同的分组在明文中出现多次（例如互联网流量中的 GET / HTTP/1.1 词组），由于我们使用相同的密钥加密分组，我们会得到相同的加密结果 。我们的安全通信中会出现一种模式规律pattern，容易受到攻击 。
因此还有很多高级的工作模式，例如 密码分组链接Cipher Block Chaining（CBC），其中每个分组的明文在加密前会与前一个分组的密文进行 XOR 操作，而第一个分组的明文与一个随机数构成的初始化向量进行 XOR 操作 。还有其它一些工作模式，在安全性和执行速度方面各有优缺点 。甚至还有 Counter (CTR) 这种工作模式，可以将分组加密算法转换为流加密算法 。
密码学及公钥基础设施入门

文章插图
 
除了对称加密算法，还有非对称加密算法asymmetric ciphers，也被称为公钥密码学public-key cryptography 。这类加密算法使用两个密钥：一个公钥public key，一个私钥private key 。公钥和私钥在数学上有一定关联，但可以区分二者 。经过公钥加密的密文只能通过私钥解密，经过私钥加密的密文可以通过公钥解密 。公钥可以大范围分发出去，但私钥必须对外不可见 。如果你希望和一个给定的人通信，你可以使用对方的公钥加密消息，这样只有他们的私钥可以解密出消息 。在非对称加密算法领域，目前 RSA 最具有影响力 。
非对称加密算法最主要的缺陷是，它们是计算密集型computationally expensive的 。那么使用对称加密算法可以让身份验证更快吗？如果你只与一个人共享密钥，答案是肯定的 。但这种方式很快就会失效 。假如一群人希望使用对称加密算法进行两两通信，如果对每对成员通信都采用单独的密钥，一个 20 人的群体将有 190 对成员通信，即每个成员要维护 19 个密钥并确认其安全性 。如果使用非对称加密算法，每个成员仅需确保自己的私钥安全并维护一个公钥列表即可 。
非对称加密算法也有加密数据长度限制 。类似于分组加密算法，你需要将长消息进行划分 。但实际应用中，非对称加密算法通常用于建立机密confidential、已认证authenticated的通道channel，利用该通道交换对称加密算法的共享密钥 。考虑到速度优势，对称加密算法用于后续的通信 。TLS 就是严格按照这种方式运行的 。
基础
安全通信的核心在于随机数 。随机数用于生成密钥并为确定性过程deterministic processes提供不可预测性 。如果我们使用的密钥是可预测的，那我们从一开始就可能受到攻击 。计算机被设计成按固定规则操作，因此生成随机数是比较困难的 。计算机可以收集鼠标移动或键盘计时keyboard timings这类随机数据 。但收集随机性（也叫信息熵entropy）需要花费不少时间，而且涉及额外处理以确保均匀分布uniform distribution 。甚至可以使用专用硬件，例如熔岩灯lava lamps墙等 。一般而言，一旦有了一个真正的随机数值，我们可以将其用作种子seed，使用密码安全的伪随机数生成器cryptographically secure pseudorandom number generator生成随机数 。使用相同的种子，同一个随机数生成器生成的随机数序列保持不变，但重要的是随机数序列是无规律的 。在 linux 内核中，/dev/random 和 /dev/urandom 工作方式如下：从多个来源收集信息熵，进行无偏处理remove biases，生成种子，然后生成随机数，该随机数可用于 RSA 密钥生成等 。
其它密码学组件
我们已经实现了保密性，但还没有考虑完整性和身份验证 。对于后两者，我们需要使用一些额外的技术 。
首先是密码散列函数crytographic hash function，该函数接受任意长度的输入并给出固定长度的输出（一般称为摘要digest） 。如果我们找到两条消息，其摘要相同，我们称之为碰撞collision，对应的散列函数就不适合用于密码学 。这里需要强调一下“找到”：考虑到消息的条数是无限的而摘要的长度是固定的，那么总是会存在碰撞；但如果无需海量的计算资源，我们总是能找到发生碰撞的消息对，那就令人比较担心了 。更严重的情况是，对于每一个给定的消息，都能找到与之碰撞的另一条消息 。
另外，哈希函数必须是单向的one-way：给定一个摘要，反向计算对应的消息在计算上不可行 。相应的，这类条件被称为碰撞阻力collision resistance、第二原象抗性second preimage resistance和原象抗性preimage resistance 。如果满足这些条件，摘要可以用作消息的指纹 。理论上不存在具有相同指纹的两个人，而且你无法使用指纹反向找到其对应的人 。


推荐阅读


上一篇：如此品茶 方才享受

下一篇：饮茶 开心就好