加密技术概述

加密技术概述 加密 无证明，只概述 1 技术汇总 1.对称密码 symmetric cryptography 2.非对称密码 asymmetric cryptography，又称为公钥密码public-key cryptography 混合密码系统 3.单向散列函数 one-way hash function —验证完整性integrity，防止被篡改。 即：哈希值、密码校验和、指纹、信息摘要 4.消息认证码 message authentication code，确保消息不被篡改、确认消息来源。 5.数字签名digital signature，确保完整性不被伪装篡改、提供认证、防止否认 repudiation 6.伪随机数生成器：Pseudo Random Number generator。 1/2提供机密性，信息不被破译 3/4/5提供完整性，信息不被篡改 4/5提供认证，信息不被伪装 5提供不可否认性，信息不被否认 tips: 使用低强度的密码比不进行任何加密更危险。获得安全感是因为“信息被加密了”，并不是“密码很复杂” 链接：《欺骗的艺术》《反欺骗的艺术》 密码破解方案： 1.穷举、暴力破解–在密钥空间keyspace中寻找密钥 2.频率分析–经验上的可能性构型密钥空间，然后穷举并深搜这种空间 3.Enigma –通讯密码A加密得到密文a，明文B通过a进行加密得到b，然后a和 b一块传输。对于A到a的加密算法，密钥是X；能够保证在A不变的情况下， 得到很多的；X是不断变化的。 遇到的问题：X的派送、A的强度。 2 对称加密（共享密钥密码） 基础：比特的xor(异或) 加密：A xor X = C 解密：C xor X = A A为名为，X为密钥(可以理解为ps中的蒙版)，C为密文 2.1一次性密码加密 A xor X = C，由于X是一次性的，那么遍历X密钥空间，得到的值无法判断是否是真正的A。因而无法被破解。 那么问题变成了安全的发送X，并且保证X要同步，且X与A的长度应该是相同的，且生成X也是个问题。根本问题是：如果能安全发送X，那么就没有发送X的必要了。 X的生成应当是非常非常随机的随机序列。 2.2DES（Data Encryption Standard）加密 DES共计64比特--其中56比特是有效bit，每隔7比特设置一个校验位。 明文按照64比特长度进行分组，每一组与DES的64位密钥进行加密。即DES一种分组密码。 在搞明白DES的结构时，需要了解Reistel网络： 1.64比特的输入信息，分为左32比特A，右32比特B。 2. B => b : 右32比特B直接输出得输出的右32比特b（B与b相等）。 3. A xor f(B) => a ：右侧32比特B经过子密钥f()得到tmpB， tmpB与A进行异或得 到输出的左32比特。子密钥相当于是一个轮函数，一个轮子，可以参考Enigma 4.ab位置互换得到ba ：将输出的左右ab位置互换。 5.重复步骤1.（直到不想再加密为止） Reistel中构成子密钥的轮函数相当于是密钥的核心所在。适合分组密码算法。 在解密时，按照上步骤逆向输出即可得到明文。可以采用同一种工具进行加密和解密。 2.3三重DES（triple-DES） 即增强型DES，将明文进行3次DES加密。流程为：加密—解密—加密 1.DES密钥D1对明文A进行加密得到A1 2.DES密钥D2对A1进行解密得到A2 3.DES密钥D3对A2进行加密得到A3，A3为最终的密文a。 这么做目的是为了兼容普通的DES。例如：如果D1=D2=D3，那么上述过程与普通DES一样。如果D1=D3≠D2，称为DES-EDE2。如果D1≠D2≠D3，称为DES-EDE3，密钥空间为2^56 * 2^56 * 2^56 = 2^168。 DES-EDE3解密过程为： 4.DES密钥D3对密文a进行加密得到a3 5.DES密钥D2对a3进行解密得到a2 6.DES密钥D1对a1进行加密得到a0，a0为最终的明文。 DES-EDE2、DES-EDE1参考DES-EDE3。 2.4AES(Advanced Encryption Standard) 对称密码的新标准，在2000年选择了名为Rijindael的对称密码算法。通过竞争来实现标准化(standardization by competition)。出发点：加密速度快、密钥准备速度快、适合各种平台(例如智能卡、8位cpu等)、实现容易、安全、免费、公开。 本质上也是分组密码算法，分组长度为128比特，密钥长度在可以为从128到256之间，以32比特为间隔。（AES标准中，密钥长度为128、192、256三种长度） Rijndael加密过程： 1.输入分组为128比特的明文A[a1,a2,a3,…,a16]，即16字节。 2.16字节中每一个字节的值进行SubBytes处理，即：0~255对应的索引值对每一个字 节进行替换，得到B[b1,b2,b3,…,b16]。相当于简单密码替换。 3.对B进行ShiftRows处理，得到C[c1,c2,c3,…,c16]。即：将b1—b16进行扰码R处 理。B*R=C 4.对C进行MixColumns处理得到D，即对一个4比特的值进行计算，得到另外一个4 比特的值。 5.对D通过轮密码进行异或（参照Reistel网络中的轮密码），经过16轮的异或得到 对中的密码。 解密过程： 1.对密文，通过加密过程中的轮密码进行异或得到a 2.对a分别经过InvMixColumns、InvShiftRows、InvSubBytes得到明文。 此步骤不能像DES那样在加密算法中进行解密。因而Rijndael的加密和解密不能像 DES那样使用同一个算法，需要有反算法。 2.5总结 密钥空间要大。 使用对称加密算法，建议使用AES。怎么进行安全的密钥配送呢？采用公钥密码算法进行对称密码配送。 如果明文长度超过分组长度，需要对密码算法进行迭代。在后文中描述。 3 分组密码的模式—即：分组密码是如何迭代的 分组密码的迭代方法称为分组密码的“模式”。此概念的出现是为了解决如下问题： “对于128比特的明文，如果是相同的字符，那么直接分成2组，并通过DES进行加密，将会得到相同的两组密文。这就不合适了。”即：怎么处理明文各分组之间的关系。 3.1分组密码的模式 可以分为：分组密码、流密码。 分组密码block cipher，每次处理固定长度明文，处理一组ok一组。 流密码stream cipher，对数据流进行连续处理的一类密码算法。一般以1/8/32等比特为单位进行加密，需要连续处理，上一组和下一组的处理有依赖关系。 常用的模式： 1.ECB模式：Electronic CodeBook mode 电子密码本模式 2.CBC模式：Cipher Block Chaining mode 密码分组连接模式 3.CFB模式：Cipher FeedBack mode 密文反馈模式 4.OFB模式：Output FeedBack mode 输出反馈模式 5.CTR模式：CounTeR mode 计数器模式 3.1.1ECB模式 将明文分组，直接进行加密得到密文分组。那么相同的明文进行加密将会得到相同的密文。因而主动攻击者，可以通过改变密文中字符的顺序、删除某一个密文分组、添加某一密文分组，从而是接收者在解密后得到不同的结果；期间，主动攻击者，不需要破译密码。 当然，可以通过消息认证码的方式防止对密文的篡改。不过其他模式，可以避免ECB 的缺点。 3.1.2CBC模式 1.明文分组A1 xor 起始向量A0，再经过加密 =>加密分组a1 2.a1 xor 明文分组A2，再经过加密 => a2. 3.如此依此完成所有的明文分组，得到最终的结果。 对于初始化向量，每次加密要每次使用不同的随机的初始化向量。因为，如果使用相同的向量，则同一个密钥对同一个明文进行加密，每次得到的密文一定相等，这就又遇到了和ECB类似的问题。因而可以被篡改。 解密时，需要相同的起始向量： 1.密文分组a1解密后，与起始向量a0进行异或得到明文a1。 2.密文分组a2经过解密后，与密文分组a1进行异或得到明文a2。 3.依此进行。 如果密文中有一个比特没有传输正确，那么在解密时，将会影响当前和下一个密文的解密。攻击方案：对起始向量进行修改，例如翻转一个比特，那么解密得出的第一个明文对已的比特将被翻转；对密文a1进行翻转，则明文a2对应比特将被翻转。 CBC模式应用，通信协议之一的IPsec采用CBC模式进行迭代。 使用#DES-CBC、AES-CBC等。 3.1.3CFB(Cipher FeedBack)密文反馈模式 前一个密文分组会被送回到密码算法的输入端。 步骤： 1. 初始化向量A0经过加密后，与明文分组A1进行xor，得到密文分组a1. 2. 密文a1经过加密后，与明文分组A2进行xor，得到密文分组a2. 3. 以此进行到结束。 解码步骤： 1. 初始化向量a0经过加密后，与密文分组a1进行xor，得到明文分组A1. 2. 密文分组a1经过加密后，与密文分组a2进行xor，得到明文分组A2. 3. 以此进行 初始化向量每次都需要变化。 CFB算法每一步骤的加密相当于明文于随机密码进行xor，类似于一次性密码本。CFB 算法中有密码算法生成 的比特序列成为密钥流key stream。密码算法相当于用来生成密钥流的伪随机数生成器，初始化向量相当于 是伪随机数的种子。CFB模式总，明文数据可以被逐比特加密，