密碼算法的特性
1、是否需要事先配送私鑰：對稱密碼需要考慮
2、是否會遭到中間人攻擊：非對稱密碼分發公鑰時需要考慮
3、不可抵賴（可被雙方 和 第三方 用原理證明）：非對稱密碼分發公鑰時需要考慮
4、能否保證消息的機密性：即不可破譯
5、能否保證消息的完整性（壹致性）：即不可篡改
6、不可冒充（偽造）
總結：對稱密碼（解決456）--非對稱密碼之單向通信--> 混合密碼（解決1） --非對稱密碼之數字簽名--> 公鑰證書（解決23）
概念
密碼算法：加密算法 + 密鑰 + 解密算法，簡稱密碼
密鑰空間：密鑰的所有取值
隱蔽式安全性：以密碼算法不為人所知，來保證機密性
分組密碼：對明文進行分組加密，而非以全文作為輸入
流密碼：不分組，整體加密
破解密文的方法
1、竊聽 + 破譯
2、社會工程學
破解密鑰的方法
1、暴力破解（密鑰窮舉），例如破譯凱撒密碼
2、頻率分析，例如破譯簡單替換密碼
3、選擇明文攻擊（對分組進行明文窮舉）
加密系統的可選技術
隱寫術：將消息藏在更大的數據中，例如藏頭詩
偽隨機數生成器
散列值（摘要，哈希值，指紋）：原文經過散列函數（摘要函數，哈希函數，雜湊函數，單向加密）計算出來的值
對稱密碼（***享密鑰密碼）：加密和解密用同壹個私鑰
非對稱密碼（公鑰密碼）：公鑰加密，私鑰解密
消息認證碼
數字簽名
公鑰證書
碰撞：兩個消息的散列值相同
弱抗碰撞性：給定壹條消息，很難找到另壹條消息與其散列值相同。防止以下情形，Bob持有壹個消息A，計算其摘要；Alice找到與A散列值相同的另壹條消息B，用B將A調包；由於摘要不變，不被Bob發覺
強抗碰撞性：很難找到兩條散列值相同的消息。防止以下情形，Alice拿兩個摘要相同的消息A和B，將A發給Bob；Bob計算其摘要；Alice再用B將A調包；由於摘要不變，不被Bob發覺
MD5（Message Digest 5）
歷史：1991年Ronald Rivest 設計出MD5
現狀：2004年王小雲提出了MD5碰撞攻擊算法
SHA
歷史：1993年NIST發布SHA，1995年發布SHA-1，2002年發布SHA-2
現狀：2004年王小雲提出了SHA-0的碰撞攻擊算法；2005年王小雲提出了SHA-1的碰撞攻擊算法
SHA-3
歷史：2007年NIST發起選拔SHA-3，2012年Joan Daemen等人設計的Keccak算法被選定為SHA-3
弱偽隨機數：隨機性
強偽隨機數：不可預測性
真隨機數：不可重現性
隨機數生成器：硬件可以通過熱噪聲實現真隨機數
偽隨機數生成器：軟件只能生成偽隨機數，需要壹種子seed來初始化
偽隨機數算法：線性同余法、散列法、密碼法等
好的對稱密碼解決：不可破譯
缺點：需要事先配送密鑰
凱撒密碼
加密算法：字母平移
密鑰：平移位數
解密算法：逆向平移
破解密鑰：窮舉可能的密鑰
簡單替換密碼
加密算法：壹個字母替換成另壹個字母
密鑰：替換表
解密算法：逆向替換
破解密鑰：對密文的字母 和 字母組合進行頻率分析，與通用頻率表對比；用破譯出來的明文字母，代入密文，循環分析
Enigma密碼
發明者：德國人Arthur Sherbius
加密算法：雙重加密，每日密鑰作為密鑰1，想壹個密鑰2；用密鑰1加密密鑰2，得到密鑰2密文；用密鑰2加密消息；將密鑰2密文和消息密文壹起發出
密鑰：密鑰冊子記錄的每天不同的密鑰
解密算法：用每日密鑰解密密鑰2密文，得到密鑰2；用密鑰2解密消息密文
破譯者：Alan Turing 圖靈
DES密碼（Data Encryption Standard）
歷史：1974年IBM公司的Horst Feistel開發出了Lucifer密碼，1977年被美國國家標準學會（American National Standards Institute，ANSI）確定為DES標準
加密算法：以64比特為壹組，進行16輪運算。在壹輪中，把壹組分為左側和右側，並從密鑰中提取子密鑰；輪函數用壹側和子密鑰生成壹個比特序列，用這個比特序列對另壹側進行異或運算（XOR）
密鑰：長度56位
破譯：可在現實時間內被暴力破解
三重DES密碼（triple-DES，TDEA，3DES）
加密算法：將DES重復三次
密鑰：長度 56 * 3
AES密碼（Advanced Encryption Standard）
歷史：1997年，美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）公開募集AES，2000年比利時密碼學家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen提交的Rijndael方案，被選為標準
加密算法：以128比特為壹組，進行多輪的替換、平移、矩陣運算
密鑰：有128,192,256三種長度
分組密碼的叠代模式
ECB模式：Electronic CodeBook mode，電子密碼本模式；明文分組 和 密文分組 順序對應。主動攻擊者可以改變密文分組的順序，復制 或 刪除密文分組，使得接受者解密後得到錯誤的明文
CBC模式：Cipher Block Chaining mode，密碼分組鏈接模式；將本組明文 和 上組密文 進行異或運算後，在進行加密；如果被篡改，則不能正常解密
CFB模式：Cipher Feedback mode，密文反饋模式；將本組明文 和 上組密文 進行異或運算後，就得到本組的密文
OFB模式：Output Feedback mode，輸出反饋模式；用隨機比特序列作為初始化組（初始化向量）；用初始化組的密文和 明文分組 異或運算，得到密文分組；再次對初始化組密文進行加密運算，得到新的初始化組密文，跟下組明文進行異或運算，以此類推
CTR模式：CounTeR mode，計數器模式；用隨機比特序列作為計數器的初始值，加密後與明文分組進行異或操作，得到密文分組；計數器加壹，對下組明文進行加密
對稱密碼中，發送方發送密文時，帶上消息的MAC值A；接收方用相同方法計算出MAC值B；對比A和B，確保消息不被篡改
Encrypt-then-MAC：MAC值為消息密文的散列值
Encrypt-and-MAC：MAC值為消息明文的散列值
MAC-then-Encrypt：MAC值為明文散列值的密文
重放攻擊：攻擊者竊聽到Alice給Bob發送的消息後，重復給Bob發送，Bob以為都是Alice發的
預防重放攻擊：消息裏帶有壹個id
比對稱密碼：不可篡改、不可偽造
缺點：需要實現配送私鑰
基於口令的密碼：Password Based Encryption，PBE
解決：密鑰（會話密鑰）保存問題
CEK：會話密鑰
KEK：用來加密CEK的密鑰
方案
1、隨機數作為鹽salt，口令 + 鹽 的散列值作為KEK
2、用KEK加密CEK，得到CEK密文
3、只保存鹽和CEK密文，人腦記住口令，丟棄KEK
字典攻擊：如果沒有鹽參與生成KEK，那麽口令決定了KEK，常用的口令對應壹個常用KEK字典，攻擊者直接拿常用KEK去解密CEK密文
鹽的作用：KEK由鹽參與形成，不可能有KEK字典包含這樣的KEK
非對稱密碼單向通信，不能單獨用於通信，只用在混合密碼中
方案：Alice 給 Bob 分發加密密鑰（公鑰）；Bob用公鑰加密消息，發送給Alice；Alice用解密密鑰（私鑰）解密
總結：消息接收者是密鑰對主人，即私鑰持有人；公鑰用於加密，私鑰用於解密
RSA密碼
歷史：1978年，Ron Rivest、Adi Shamir、Reonard Adleman***同發表了RSA
加密算法：密文 = 明文 E mode N
公鑰：E 和 N的組合
解密算法：明文 = 密文 D mode N
私鑰：D 和 N的組合
生成密鑰對
生成質數：用偽隨機數生成隨機數，通過Miller-Rabin測試法測試它是不是質數，直到得到質數
求最大公約數：歐幾裏得的輾轉相除法
1、求N
生成兩個512位的質數p和q，N = p * q
2、求L
L是p-1 和 q-1 的最小公倍數
3、求E
用偽隨機數生成(1,L)範圍內的隨機數，直到滿足E和L的最大公約數為1
4、求D
用偽隨機數生成(1,L)範圍內的隨機數，直到滿足(E * D) mod L = 1
破解：對N進行質因數分解，得到p和q，從而求出D。但是對大數的質因數分解，未有快速有效的方法
首次通信為混合密碼，後續通信為對稱密碼
比消息認證碼：無需事先配送私鑰
總體思路：Bob 用會話密鑰加密消息，用Alice的公鑰加密會話密鑰，壹起發給Alice；Alice用私鑰解密會話密鑰，用會話密鑰解密消息
會話密鑰：用來加密消息的 對稱密碼的密鑰
1、Alice 給 Bob 發送公鑰
2、Bob隨機生成會話密鑰，用會話密鑰加密消息，得到消息密文
3、Bob用公鑰加密會話密鑰，得到會話密鑰密文
4、Bob將會話密鑰密文和消息密文壹起發給Alice
5、Alice用私鑰解密會話密鑰，再用會話密鑰解密消息
6、雙方都有了會話密鑰，從此以後，可以用對稱密碼通信了，帶上消息認證碼
缺點：分發公鑰時，可能遭受中間人攻擊；Alice可能對給Bob發送公鑰這件事進行抵賴
中間人攻擊：中間人從壹開始Alice向Bob發放公鑰時，就攔截了消息，得到Alice的公鑰；然後偽裝成Alice，向Bob發送自己的公鑰；從而Bob打算發給Alice的消息，能被中間人解密
不能單獨用於通信，只用在公鑰證書中
明文簽名：Alice用簽名密鑰（私鑰）加密消息的摘要，把摘要密文和消息明文壹起發給Bob；Bob解密摘要密文，得到摘要A；算出明文摘要B，對比A和B
總結：私鑰用於加密，公鑰用於解密，與 非對稱加密之單向通信，剛好反過來
公鑰證書：Public-Key Certificate，PKC，簡稱證書
認證機構：Certification Authority，CA
證書標準：國際電信聯盟ITU 和 國際標準化組織ISO指定的X.509標準
流程：
1、Alice在CA登記
2、CA生成Alice的證書明文，包含Alice登記的信息、Alice的公鑰、CA信息
3、CA用自己的私鑰加密證書明文部分，得到數字簽名
4、證書明文部分 和 數字簽名 組成PKC，頒發給Alice
5、Bob向Alice獲取這個PKC，拿本地已有的CA公鑰去驗證證書，就得到了可信的Alice的公鑰
6、從此Alice 和 Bob之間可以進行混合密碼通信
首次通信為從CA獲取PKC，後續通信為混合密碼
比混合密碼：防止了中間人攻擊；CA不能抵賴自己的證書
歷史：1994年網景公司設計出SSL，2014年SSL 3.0被發現安全漏洞，1999年IEIF發布TLS
TLS（Transport Layer Security）是SSL（Secure Socket Layer）的後續版本，在tcp和http之間加壹層TLS，就是https
OpenSSL：OpenSSL是實現SSL/TLS協議的工具包
以https為例
0、瀏覽器安裝時，存有幾個CA公鑰；服務器在CA登記，拿到證書
1、瀏覽器訪問壹個https地址，服務器返回自己的證書
2、瀏覽器根據證書上的CA信息，拿對應的CA公鑰驗證證書，得到可信的服務器公鑰
3、瀏覽器生成對稱密碼的密鑰（會話密鑰），用服務器公鑰加密後發給服務器
4、服務器解密後得到會話密鑰，從此用對稱密碼通信，帶上消息認證碼
1、生成JKS證書：keytool -genkeypair -alias "別名" -keyalg "RSA" -keystore "D:\app.jks"
2、將JKS轉換成PKCS12：keytool -importkeystore -srckeystore D:\app.jks -destkeystore D:\app.p12 -deststoretype pkcs12
3、將PKCS12轉成pem：openssl pkcs12 -in ./app.p12 -out app.pem
4、提取加密後的私鑰：將pem中 “—–BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY—–” 至 “—–END ENCRYPTED PRIVATE KEY—–” 的內容拷貝出來，保存為ciphertext.key
5、將密文私鑰轉成明文私鑰：openssl rsa -in ciphertext.key -out plaintext.key
.jks（Java Key Storage）：二進制格式，包含證書和私鑰，有密碼保護
.pfx 或 .p12（Predecessor of PKCS#12）：二進制格式，包含證書和私鑰，有密碼保護
.pem（Privacy Enhanced Mail）：文本格式，包含證書，可包含私鑰，私鑰有密碼保護
.der 或 .cer：二進制格式，只包含證書
.crt（Certificate）：可以是der格式，也可以是pem格式，只包含證書
SSL證書：SSL證書必須綁定域名，不能綁定IP
加密服務、密鑰管理服務