加解密-白红宇

加解密

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发布时间：2019-06-22

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参考文献

综述

1)信息保密:加密技术;•

2)信息完整行(无篡改):数字指纹;

3)身份认证:数字签名;

4)身份可靠性(公钥可靠性):数字证书。

保密性，完整性，端点认证

加密技术:(1)加密算法;(2)秘钥交换。

数据加密

• 单向加密

• 数字签名

• 对称加密

• 非对称加密

• 密钥交换

单向加密

• 别名:数字摘要、数字签名。

• 确保数据的完整性，不被篡改。

• 算法基础:hash。

• 理论基础:雪崩效应。

• md5(标准密钥长度128位)、sha1(标准密钥长度160位)

• - (NSData *) MD5Sum •{

• • •

unsigned char hash[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];

(void) CC_MD5( [self bytes], (CC_LONG)[self length], hash );

return ( [NSData dataWithBytes: hash length: CC_MD5_DIGEST_LENGTH] );

•}

• - (NSData *) SHA1Hash •{

unsigned char hash[CC_SHA1_DIGEST_LENGTH];

(void) CC_SHA1( [self bytes], (CC_LONG)[self length], hash );

return ( [NSData dataWithBytes: hash length:CC_SHA1_DIGEST_LENGTH] );

单向加密使用场景一

• 只起到防篡改功能，很少单独使用。• 单独使用方案:(1)局部hash;(2)随机hash。

单向加密的使用场景二

• 登录又令(身份证号等敏感信息)。 • 敏感信息访问。

单向加密的使用场景二数字签名

• 数字摘要+用户的身份信息;用户数据防篡改和身份认证; • 身份标示:商户私钥(字符串)。rsa私钥。

• HMAC(Keyed-Hashing for Message Authentication)

• 目前，信息安全领域普遍认同的算法是HMAC，它基于MD5或者SHA-1，在计算散列值时将密钥和数据同时作为输入，并采用了二次散列迭代的方式，实际计算方法如下:

• HMAC(k,m)=Hash(CONCAT((k XOR opad) , Hash(CONCAT(k XOR ipad),m)))。其中k是密钥,m是需要被签名的消息。ipad/opad是标准中定义好的2个常量。HMAC的特色是它不依赖于特定的Hash 算法

RSA签名(DSA?)

• size_t hashBytesSize = CC_SHA256_DIGEST_LENGTH;

• //生成数字摘要

• uint8_t* hashBytes = malloc(hashBytesSize);

• if (!CC_SHA256([plainData bytes], (CC_LONG)[plainData length], hashBytes)) {

•

•}

• //用RSA进行签名• SecKeyRawSign(key,

• kSecPaddingPKCS1SHA256,

return nil;

• hashBytes,

自定义签名

• Sign(k,x)=Hash(CONCAT(k,x))。其中CONCAT是字符串连接函数。

• 身份标示+原始数据。

• 将身份码附着在明文后面作为摘要输入，进行摘要签名。

• 此方案，是对明文进行签名(有其他附加操作)，并对签名的结果进行摘要操作。

先签名还是先加密

• 假设用E(k,x)表示加密函数，Sign(k',x)表示签名函数,保密性和完整性我都想要，那么就存在一个问题，先签名还是先加密?

• 1、先加密后签名:令y=E(k,x)，t=Sign(k',y)，然后发送(y,t)。实际例子:IPSec。

• 2、先签名后加密:令t=Sign(k',x)，y=E(k,t)。然后发送y。实际例子:SSL。

• 3、各算各的。令y=E(k,x)，t=Sign(k',x)，然后发送(y,t)。实际例子:SSH。

对称加密算法• 特点:加解密私钥相同，算法可逆。

• 分组加密算法:DES(Data Encryption Standard)、3DES、AES(Advanced Encryption Standard，支持128、192、256、512位密钥的加密)、Blowfish。

• 流式加密算法。

对称分组加密算法模型CBC模式

对称加密算法要素

• private static final String AES_MODE = "AES/CBC/PKCS7Padding";

• 1)算法 AES;• 2)分组模式:CBC;• 3)填充方式:PKCS7Padding;

• byte[] cipherText = encrypt(key, ivBytes, message.getBytes(CHARSET));

• 4)密钥:key;

• 5)ivBytes:初始化向量;

对称加密算法要素

• CCCryptorStatus CCCryptorCreate(

CCOperation op,

CCAlgorithm alg,

CCOptions options,

const void *key,

size_t keyLength,

const void *iv,

CCCryptorRef *cryptorRef) /* RETURNED */

/* kCCEncrypt, etc. */

/* kCCAlgorithmDES, etc. */

/* kCCOptionPKCS7Padding, etc. */ /* raw key material */

/* optional initialization vector */

• __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_4, __IPHONE_2_0);

enum {

kCCModeECB

kCCModeCBC
kCCModeCFB

kCCModeCTR

kCCModeF8

kCCModeLRW

kCCModeOFB

kCCModeXTS

kCCModeRC4

= 1,

= 2,分组链接模式

= 3,密码发反馈模式 = 4,

= 5, // Unimplemented for now (not included)

= 6, // Unimplemented for now (not included)

= 7, = 8, = 9,

• kCCModeCFB8 = 10,

AES 密钥长度分组长度• AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192

或256比特;

• AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个(如果数据块及密钥长度不足时，会补齐)。

填充方式

•

• • • • • • •

在Java进行DES、3DES和AES三种对称加密算法时，常采用的是NoPadding(不填充)、Zeros填充(0填充)、PKCS5Padding 填充。

2.4.1 ZerosPadding

全部填充为0的字节，结果如下:F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 //第一块

F9 00 00 00 00 00 00 00 //第二块2.4.2 PKCS5Padding 每个填充的字节都记录了填充的总字节数，结果如下:

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 //第一块

• F9 07 07 07 07 07 07 07 //第二块

• PKCS7 Padding:填充的内容是需要填充的字节数。如果最后一个数据块长度为len，每个块的长度为k，则要填充的内容为:

• 01 -- if lth mod k = k-1 • 02 -- if lth mod k = k-2

对称加密初始化向量

• 为什么需要初始化向量。

• 消除重复的明文导致重复密文的问题。

• 对于给定的私钥 k，一个未使用初始化向量的简单块密码将把相同的明文输入块加密为同样的密文输出块。如果在明文流内有重复的块，那么在密文流内也会有重复的块。如果未经授权的用户知道有关明文块的结构的所有信息，就可以使用该信息解密已知的密文块并有可能获得您的密钥。若要克服这个问题，可将上一个块中的信息混合到加密下一个块的过程中。这样，两个相同的明文块的输出就会不同。由于该技术使用上一个块加密下一个块，因此使用了一个 IV 来加密数据的第一个块。

加解密过程

• 简单的讲，整个正反向过程是这样的:• 加密:Padding->CBC加密->Base64编码• 解密:Base64解码->CBC解密->Unpadding

非对称加密(公钥加密)

• 特点:、• 每个用户拥用一对密钥加密:公钥和私钥。• 2、公钥加密，私钥解密;私钥加密，公钥解密。 • 3、公钥传输的过程不安全，易被窃取和替换。• 加密速度慢。

理论基础

• RSA算法基于一个十分简单的数论事实:将两个大素数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

• p:(随机素数1)

• q:(随机素数2)

• n:(素数积)

• φ(n):(欧拉函数，素数的欧拉函数为:素数-1) • e:(加密因子)

• d:(解密因子)

密钥长度