你必须知道的 5 个重要的密码学知识

引言

密码学用于将输入(明文)转换为加密的输出(密文)。因此,使用不同的算法将输入转换为输出,大多数情况下需要使用密钥加密解密密码学中的密钥是用于算法的字符序列。然后,密文可用在世界各地的安全存储和传输数据,只有发送者和接收者才能解密和读取明文。

加密分为三种不同的方法:

  • 对称加密(Symmetric Encryption)
  • 非对称加密(Asymmetric Encryption)
  • 散列(Hashing)

对称加密

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对 “FILM” 单词的加密和解密:

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对称加密的主要优点是速度快。在速度很重要的用例(VPN、数据流等)中,主要使用对称加密。因此,目前主要使用两种对称加密算法:

  • AES
  • DES

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密钥交换

在对称加密中,有一个主要问题必须解决,然后才能够安全地使用它:如何获取彼此的密钥?

Diffie Hellmann

1976 年,该问题的第一个解决方案由 Whitfield Diffie 和 Martin Hellmann  提出,同时该算法被命名为 Diffie Hellmann。Diffie Hellmann 会对通信的两个成员生成相同的密钥,而不需要预先共享密钥。此过程的步骤是:

  1. 约定公有值
  2. 选择私有(秘密)值
  3. 交换公有值秘密值计算出来的
  4. 用步骤 3 得出的和自己的秘密值计算密钥,对于两个通信员来说该密钥的值是相同的

这个过程在下图中用颜色(而非数字)进行了可视化,以便理解:

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混合系统

混合系统是使用对称和非对称加密的密码系统。大多数情况下,非对称加密系统用于加密对称加密系统密钥。因为前者更安全,而后者更快速

非对称加密

非对称加密中,需要一个密钥对来进行加密解密。密钥对由公钥私钥组成。公钥用于加密数据,然后只能用私钥解密密文。公钥可以公开共享,但私钥必须保密,才能拥有安全的密码系统。转换过程包括以下步骤:

  1. 接收者共享公钥
  2. 发送者公钥加密数据
  3. 密文被传送至接收者
  4. 接收者私钥解密密文

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该系统的优点是,可以在没有任何安全措施密钥交换系统的情况下共享公钥。缺点是非对称加密的速度慢。最常见的非对称加密算法有:

  • RSA
  • ECC

散列

散列算法用于生成唯一且固定长度的字符串,也叫做哈希。其要求如下:

  • 输出长度固定(Fixed-Length-Output):输出的长度始终相同
  • 单向函数(One-Way-Function):很容易从输入计算哈希,反向则几乎不可。
  • 碰撞阻力(Collision resistance):不容易找到两个能产生相同输出的输入

当今最流行的散列算法:

  • SHA-2(Secure Hash Algorithm 2)
  • SHA-3(Secure Hash Algorithm 3)
  • MD5(Message-Digest Algorithm 5)→ 不应该再被使用
  • bcrypt → 主要用于密码散列

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输入 Foo 的哈希值示例:

SHA-3

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bcrypt

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MD5

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数字签名

数字签名是一个不同的密码学概念的用例,用于验证数据和文档的真实性。因此使用了非对称加密散列函数。签名过程的步骤如下:

  1. 计算要被签名文档哈希值
  2. 非对称密码系统私钥加密哈希值
  3. 创建由文档加密哈希值组成的签名文档

此过程在下图中可视化:

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验证已签名的文档,必须执行以下步骤:

  1. 使用公钥解密被附加到文档的哈希值
  2. 计算文档哈希值
  3. 被解密(被传输)的哈希值根据该文档计算的哈希值进行比较

若这两值匹配,则签名有效,否则签名无效

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链接:https://medium.com/nerd-for-tech/5-cryptography-concepts-you-should-know-9b2681067a35

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