商用密码 - 常见密码算法的总结 及扩展
2022-12-16 11:45:22 0 举报AI智能生成
商用密码 - 常见密码算法的总结 及扩展
作者其他创作
大纲/内容
知识扩展
信息安全所面临的威胁与应对这些威胁的密码技术
窃听
（秘密泄露）
机密性
对称密码
公钥密码
篡改
（信息被修改）
完整性
单项散列函数
伪装
（伪装成真正发送者）
认证
消息认证码
否认
（事后称自己没有做）
不可否认性
数字签名
常见
消息认证码MAC
使用 MAC 验证消息完整性的具体过程是：假设通信双方 A 和 B 共享密钥 K，A用消息认证码算法将 K 和消息 M 计算出消息验证码 Mac，然后将 Mac 和 M 一起发送给 B。B 接收到 Mac 和 M 后，利用 M 和 K 计算出新的验证码 Mac*，若 Mac*和Mac 相等则验证成功，证明消息未被篡改。由于攻击者没有密钥 K，攻击者修改了消息内容后无法计算出相应的消息验证码，因此 B 就能够发现消息完整性遭到破坏。
基于 HASH的函数HMAC
利用杂凑算法将密钥、消息作为输入，生成一个消息摘要输出---RFC 2104中定义，由单项散列函数构成消息认证码
使用SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512所构造的HMAC，分别称为HMAC-SHA1、HMAC-SHA-224、HMAC-SHA-384、HMAC-SHA-512。
图解
分支主题
数字签名
数字签名是基于公钥密码体制（非对称密钥密码体制）的。
数字指纹 明文用hash函数-获得一个摘要-——用私钥加密摘要
特征
报文鉴别——接收者能够核实发送者对报文的签名；
报文的完整性——接收者不能伪造对报文的签名或更改报文内容。
不可否认——发送者事后不能抵赖对报文的签名；
图解
分支主题
数字签名使用双钥密码加密和散列函数. 消息用散列函数处理得到消息搞要，再用双钥密码体制的私钥对其进行加密，称为数字签名.
数字签名的原理如下：消息M用散列函数H得到的消息摘要h1=H(M),然后发送方用自己的双钥密码体制的私钥KSA对这个消息摘要进行加密h’=EKSA(h1)，形成发送方的数字签名.然后这个数字签名将作为消息M的附件随消息一起发送给消息的接收方，消息的接收方首先从接收方的原始消息M中计算出散列函数值h2=H(M),接着用发送双钥密码体制的公钥KPA对数字签名进行解密DKPA(h’)，得h1，如果h1=h2，则表明接收方收到的消息确实是发送方发送的，而且还可以确定此消息没有被修改过.
用表达式表示如下：
发送方： h1=H(M)
h’=EKSA(h1)
接收方： h2=H(M)
h1= DKPA(h’)
如果h1=h2则表明接收方收到的消息确实是发送方发送的，而且还可以确定此消息没有被修改过.
数字信封
明文用对称加密 私钥用非对称加密,它结合了对称加密速度快和非对称加密安全性高的优点
数字信封中采用了单钥加密体制和公钥密码体制。信息发送者首先利用随机产生的【对称密码】加密信息(因为非对称加密技术的速度比较慢)，再利用接收方的【公钥】加密对称密码，被公钥加密后的对称密钥被称之为数字信封。在传递信息时，信息接收方要解密信息时，必须先用自己的私钥解密数字信封，得到对称密码，才能利用对称密码解密所得到的信息。
应用示例
为了保证信息传送的真实性、完整性和不可否认性，需要对要传送的信息进行数字加密和数字签名。其传送过程如下：
发送者A：
1) A准备要传送的数字信息(明文)
2) A对数字信息(明文)进行哈希(hash)运算，得到一信息摘要。
3) A用自己的【私钥(SK)】对信息摘要进行加密得到A的数字签名，并将其附在数字信息上。（数字签名）
4) A随机产生一个加密钥(DES密钥)，并用此密钥对要发送的信息(明文)进行加密，形成密文。（对称加密）
5) A用B的【公钥(PK)】对刚才随机产生的加密密钥进行加密，将加密后的DES密钥连同密文一起传送给B。（数字信封）
接收者B：
1) B收到A传送过来的密文和加过密的DES密钥，先用自己的私钥(SK)对加密的DES密钥进行解密，得到DES密钥。
2) B然后用DES密钥对受到的密文进行解密，得到明文的数字信息，然后将DES密钥抛弃(即DES密钥作废)。
3) B用A的公钥(PK)对A的数字签名进行解密，得到信息摘要。
4) B用相同的has算法对收到的明文再进行一次hash运算，得到一个新的信息摘要。
5) B将收到的信息摘要和新生成的信息摘要进行比较，如果一致，说明收到的信息没有被修改过。
发送方用一个随机产生的DES密钥加密原始数据(消息),然后用接受方的公钥加密DES密钥，称为消息的“数字信封”。将数字信封同DES加密的消息一起发送给接受方，接受者在接收到消息后，先用其私钥对“数字信封”进行解密（打开数字信封），得到发送方的DES密钥，再用此密钥去解密消息。只有用接受方的RSA私钥才能打开数字信封，这样确保了接受者的身份。
用表达式表示如下：
发送方：C1=EKDES(M)
C2=EKPB(KDES)
接收方： KDES=DKSB(C2)
M= DKDES(C1)
数字信封既克服了两种加密体制的缺点，发挥了两种密码体制的优点，又妥善解决了密钥传送的安全问题。
分支主题
分支主题
数字证书
"证书 -- 为公钥加上数字签名"
基本证书域
tbsCertificate
版本号
序列号
签名算法
颁发者
有效日期
主体
主体公钥信息
颁发者唯一标识符
主体唯一标识符
扩展项
签名算法域
signatureAlgorithm
签名值域
signatureValue
图解
分支主题
一次性密码本
有一个若干二进制位的信息，我们需要一个跟它长度一样的秘钥。加密的时候，我们会认为信息就是一连串的二进制数，秘钥也是。加密的结果--密文，也是一样的，每一位都是对应的信息位和对应的秘钥位进行异或运算得到的结果。异或是一种常见的逻辑运算。
混合加密
混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法，解决了公钥密码速度慢的问题，并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题。网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统。
加密步骤
首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
使用伪随机数生成器生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息
用消息接收者的公钥，加密会话密钥
将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者
发送出去的内容包括
用会话密钥加密的消息（加密方法：对称密码）
用公钥加密的会话密钥（加密方法：公钥密码）
解密步骤
消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
再用第1步解密出来的会话密钥，解密消息
图解
分支主题
现代密码
对称密码
分组密码
100
SM1
密钥长度 128
分组长度 128
算法标识符
1.2.156.10197.1.102
1.2 ISO成员团体
1.2.156 中国
1.2.156.197 中国国家密码管理局（又称OSCCA或SCA)
1.2.156.10197 中国密码学标准化技术委员会(CCSTC)
1.2.156.10197.1 密码算法
ESP-SM1
ESP协议的变换ID的定义
128
SM4
密钥长度 128
分组长度 128
加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
算法标识符
1.2.156.10197.1.104
ESP-SM4
ESP协议的变换ID的定义
127
SM7
密钥长度 128
分组长度 128
DES
DES的结构(Feistel 网络)
密钥长度 56
分组长度 64
DES(Data Encryption Standard)是一种单一密钥对称加解密算法。通信主体之间只有一个密钥，该密钥不对第三方公开。但由于密钥长度较短，导致安全性不高。DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密，如果Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式作为DES的输出结果。在使用DES 时，双方预先约定使用的”密码”即Key，然后用Key去加密数据；接收方得到密文后使用同样的Key解密得到原数据，这样便实现了安全性较高的数据传输。
在Feistel网络中，加密的各个步骤称为轮( round )，整个加密过程就是进行若干次轮的循环。DES是一种16轮循环的Feistel 网络。
分支主题
3DES
密钥长度 112位或168位
分组长度 64
三重DES（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）算法，这种方法用两个密钥对明文进行三次加密，假设两个密钥是K1和K2，三个步骤：1. 用密钥K1进行DEA加密。 2. 用K2对步骤1的结果进行DES解密。 3. 用步骤2的结果使用密钥K1进行DES加密。这种方法的缺点，是要花费原来三倍时间，从另一方面来看，三重DES的112位密钥长度是很“强壮”的加密方式了。
AES
密钥长度 128、192、256
分组长度 128
AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准），用于替代DES成为新一代的加密标准。具有128比特的分组长度，并支持128、192和256比特的密钥长度，可在全世界范围内免费得到。其前身为Rijndael（读作：Rain Doll）。Rijndael算法与AES的唯一区别在于各自所支持的分组长度和密码密钥长度的反胃不同。Rijndael是具有可变分组长度和可变密钥长度的分组密码，其分组长度和密钥长度均可独立地设定为32比特的任意倍数，最小值128bit，最大256bit。而AES将分组长度固定为128位，而且仅支持128、192和256位的密钥长度，分别称为AES-128，AES-192，AES-256。
IDEA算法
密钥长度 128
分组长度 64
IDEA（International Data Encryption Algorithm）国际数据加密算法。分组密码IDEA明文和密文的分组长度为64位，密钥长度为128位。该算法的特点是使用了3种不同的代数群上的操作。IDEA共使用52个16位的子密钥，由输入的128位密钥生成。加密过程由8个相同的加密步骤（加密轮函数）和一个输出变换组成。而解密过程与加密过程相同。解密与加密唯一不同的地方就是使用不同的子密钥。首先，解密所用的52个子密钥是加密的子密钥的相应于不同操作运算的逆元，其次，解密时子密钥必须以相反的顺序使用。
主要模式：
ECB--电子密码本（不安全）-将明文分组加密后的结果直接作为密文分组的模式
CBC--密码分组链接-将上一个密文分组先与明文分组求xOR后再进行加密的模式
CFB--密文反馈 ---与一次性密码本相似（明文、随机数比特序列、明文分组、密码算法输出）
OFB输出反馈
CTR计数器-将不断累加的计数器值加密生成密钥流的模式
分支主题
SMSF33分组密码算法
算法标识
1.2.156.10197.1.103
流密码算法
1.2.156.10197.1.200
ZUC
算法标识符
1.2.156.10197.1.201
RC4
现今最为流行的流密码，应用于SSL（Secure Sockes Layer）、WEP。RC4生成一种称为密钥流的伪随机流，它同明文通过异或操作相混合以达到加密的目的。解密时，同密文进行异或操作。其密钥流的生成有两部分组成：KSA（the Key-Scheduling Algorithm)和PRGA(the Pseudo-Random Generation Algorithm)。由于RC4算法加密采用XOR，所以一旦密钥序列出现重复，密文就有可能被破解。推荐使用RC4算法时，必须对加密密钥进行测试，判断其是否为弱密钥。
图解
分支主题
非对称密码
300
RSA (大整数分解)
大素数 p和q 、模数 n、 n的欧拉函数值φ（n）、加密指数e 、解密指数 d、明文 M、密文C
C=M^e mod n
M=C^d mod n
公钥 n,e
私钥 d
算法标识符
RSA算法标识
1.2.840.113549.1.1.1
SHA1的RSA签名
1.2.840.113549.1.1.5
SM3的RSA签名
1.2.156.10197.1.504
例子
分支主题
分支主题
分支主题
ECC椭圆曲线密码编码学
相比RSA等公钥算法，使用较短的密钥长度而能得到相同程度的安全性。预测未来ECC（Elliptic Curve Cryptography）将会取代RSA成为主流的密钥算法。
算法标识符
1.2.840.10045.2.1
ElGamal公钥算法
其完全依赖于在有限域上计算离散对数的困难性。ElGamal的一个不足之处是密文的长度是明文的两倍。而另一种签名算法，Schnorr签名系统的密文比较短，这是由其系统内的单向散列函数决定的。
SM2 （椭圆曲线）
特点
私钥为256比特，公钥是一个点，由两个256比特的坐标表示；密文比明文长96个字节；相对RSA优点：安全性高、密钥短（私钥256）、加解密速度快、签名速度快。
对象标识符
公钥密码算法
1.2.156.10197.1.300
SM2算法标识
1.2.156.10197.1.301
SM2-1签名算法
1.2.156.10197.1.301.1
SM2-2密钥交换协议
1.2.156.10197.1.301.2
SM2-3公钥加密算法
1.2.156.10197.1.301.3
基于SM3和SM2签名
1.2.156.10197.1.501
500后为混合密码
SHA1的SM2签名
1.2.156.10197.1.502
SHA256的SM2签名
1.2.156.10197.1.503
SHA224的SM2签名
1.2.156.10197.1.505
SHA384的SM2签名
1.2.156.10197.1.506
RMD160的SM2签名
1.2.156.10197.1.507
wireshark搜索字符串
algorithm id
快速搜索证书采用的签名算法 SM2 with SM3 1.2.156.10197.1.501
isakmp.exchangetype
快速搜索证书采用的交换类型
tcp.len > 1000
筛选大的流量数据包
ECDSA
椭圆曲线数字签名算法
为验证Alice对消息m的签名(r,s)，Bob需要得到Alice所用的椭圆曲线参数D=(p,a,b,G,n,h)以及Alice的公钥Q
SM9
对象标识符
基于SM9身份的公钥算法
1.2.156.10197.1.302
SM9-1签名算法
1.2.156.10197.1.302.1
SM9-2密钥交换协议
1.2.156.10197.1.302.2
SM9-3公钥加密算法
1.2.156.10197.1.302.3
图解
分支主题
杂凑算法
400
完整性：监测数据是否被篡改
MD5
输出长度---128比特
输入长度无限制
算法标识
1.2.840.113549.2.5
SHA-1（160）
输出长度---160比特
2^64-1比特
算法标识
1.3.14.3.2.26
AH协议变换ID的定义
3
SHA-2
SHA-256
输出长度---256比特
2^64-1比特
算法标识
2.16.840.1.101.3.4.2.1
SHA-512
输出长度---512比特
2^128-1比特
算法标识
2.16.840.1.101.3.4.2.3
SM3（输出杂凑值256）
算法标识符
SM3哈希算法
1.2.156.10197.1.401
SM3哈希算法，无密钥
1.2.156.10197.1.401.1
SM3哈希算法，带密钥
1.2.156.10197.1.401.2
AH_SM3----AH协议变换ID的定义
(使用带256比特的SM3密码杂凑算法的HMAC)
20
HASH-哈希值、密码校验、指纹、消息摘要
算法标识符
1.2.156.10197.1.500
Digest signing
1.2.156.10197.1.400
Hash algorithm
单独使用杂凑算法并不能保证数据完整性（传输信道无法保证）
近代密码
机械加密
Enigema
古代密码
置换密码
明文和密文字符一致，仅仅是顺序发生变化
凯撒密码
playfair密码
替换密码
将明文中的单个字符或一组字符，映射为同一语言体系，或非同一语言体系中的单个字符或一组字符。
简单替换密码
栅栏密码
随机数
随机数的用途
生成密钥
生成密钥对
生成初始化向量（IV）
生成你once
生成盐
随机数的性质
随机性-不存在统计学偏差，是完全杂乱的数列。
不可预测性-不能从过去的数列推测出下一个出现的数
不可重现性-除非将数列本身保存下来，否则不能重现相同的数列。
随机序列的定义
满足以下三个条件的序列称之为随机序列
该序列服从均匀分布；
该序列的各个元素相互独立；
从任意的片段序列都不能推断出序列余下的部分
分类
分支主题
Sun-小丑面具
职业：暂无
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