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程序员之网络安全系列(四):数据加密之非对称秘钥

2016-01-12 09:07  敏捷的水  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏

系列目录:

前文回顾

假如,明明和丽丽相互不认识,明明想给丽丽写一封情书,让隔壁老王送去

  1. 如何保证隔壁老王不能看到情书内容?(保密性)
  2. 如何保证隔壁老王不修改情书的内容?(完整性)
  3. 如何保证隔壁老王不冒充明明?(身份认证)
  4. 如何保证明明不能否认情书是自己写的?(来源的不可否认)

程序员之网络安全系列(二):如何安全保存用户密码及哈希算法 我们保证了数据的完整性

程序员之网络安全系列(三):数据加密之对称加密算法
我们对数据进行了加密

但是上面的问题是明明和丽丽必须提前知道秘钥,但是如果双方提前不知道秘钥,那么明明就需要“隔壁的王叔叔" 把秘钥告诉丽丽,这个显然是风险太大了,因为”隔壁王叔叔“有了秘钥和密文,那么就等于有了明文。

非对称秘钥

DH(Diffie-Hellman)算法

1976年,美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题,提出一种新的密钥交换协议,允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息,安全地达成一致的密钥,这就是“公开密钥系统”。相对于“对称加密算法”这种方法也叫做“非对称加密算法”。

与对称加密算法不同,非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(publickey)和私有密钥(privatekey)。公开密钥与私有密钥是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法叫作非对称加密算法。

算法原理及示例

  1. 假如明明和丽丽希望交换一个密钥。
  2. 明明取一个素数p =97和97的一个原根a=5,让隔壁的王叔叔告诉丽丽。
  3. 明明和丽丽分别选择秘密密钥XA=36和XB=58,并计算各自的公开密钥,然后让隔壁的王叔叔帮忙交换公开秘钥。

     YA=a^XA mod p=5^36 mod 97=50
    
     YB=a^XB mod p=5^58 mod 97=44
  4. 明明和丽丽交换了公开密钥之后,计算共享密钥如下:

     明明:K=(YB) ^XA mod p=44^36 mod 97=75
    
     丽丽:K=(YA) ^XB mod p=50^58 mod 97=75  

由于只有明明知道XA, 而只有丽丽知道XB, 那么“隔壁的王叔叔” 是不可能通过 P, A, YA, YB来得到最终密码K的。

DiffieˉHellman不是加密算法,它只是生成可用作对称密钥的秘密数值。

非对称加密特点

与对称加密算法不同,非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(publickey)和私有密钥(privatekey)。公开密钥与私有密钥是一对,如果 用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法叫作非对称加密算法。

那么如果甲(收信方)想收到只有自己才能解读的加密信息,那么需要把自己的公钥告诉乙(发送发), 乙通过甲的公钥加密,把加密后的密文告诉甲,由于只有甲有私钥,那么也就只有甲才能加密。
由此可见,非对称加密只需要保存一对公钥和私钥,大大方便了秘钥管理。但是由于要做更多的计算,非对称加密只适合一些小数据量加密,一般情况都是用非对称加密算法来交换秘钥,随后通过对称加密算法来加密数据。

常用非对称加密算法

RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法)。

使用最广泛的是RSA算法,Elgamal是另一种常用的非对称加密算法。

最后

我们对数据的完整性使用Hash进行了保证,用DH算法交换了秘钥,使用RSA算法对数进行了加密,那么如果王叔叔在交换秘钥的过程中做了手脚呢?

如何做手脚?看下图:

  1. 王叔叔自己生成一个公私钥,和明明以及丽丽交换。
  2. 王叔叔冒充丽丽把自己的公钥发给明明。
  3. 明明用王叔叔的公钥对信件加密。
  4. 王叔叔用自己的私钥解密就可以看到明明给丽丽的邮件。
  5. 王叔叔冒充明明把自己的公钥发给丽丽。
  6. 丽丽用王叔叔的公钥对信件加密。
  7. 王叔叔用自己的私钥解密就可以看到丽丽给明明内容。

至此,邮件内容又赤裸裸地被王叔叔看到了,怎么办呢?我们下文继续解释。