【网工第6版】第6章 网络安全②
目录
■ 信息加密技术
▲密码学基本概念
▲经典加密技术
▲现代加密技术
▲对称密码
▲公钥密码/非对称密码
▲密码分类
▲混合密码
▲国产加密算法-SM系列
■ Hash哈希算法
▲Hash函数
▲哈希分类
▲哈希应用
■ 数字签名
▲数字签名过程
▲签名验证过程
■ 数字证书与CA
▲数字证书
▲PKI体系结构
▲证书链
■ 信息加密技术
▲密码学基本概念
信息安全的核心是密码技术，研究数据加密的科学叫作密码学（Cryptography）。
现代密码理论的一个根本性原则Kerckhoffs原则：密码体制的安全性不依赖于算法的保密，而仅仅依赖于密钥的保密。
不论窃听者获取了多少密文，如果密文中没有足够的信息可以确定出对应的明文，则这种密码体制是无条件安全的，或称为理论上不可破解的。
在无任何限制的条件下，目前几乎所有的密码体制都不是理论上不可破解的。能否破解给定的密码，取决于使用的计算资源。
▲经典加密技术
经典加密技术主要有3种：
①替换加密（Substitutkm）。用一个字母替换另一个字母，例如Caesar密码（D替换a，E替换b等）。这种方法保留了明文的顺序，可根据自然语言的统计特性（例如字母出现的频率）破译。
②换位加密（Transposition）。按照一定的规律重排字母的顺序。
③一次性填充（One-TimePad）。把明文变为位串（例如用ASCII编码），选择一个等长的随机位串作为密钥，对二者进行按位异或得到密文。
▲现代加密技术
现代密码体制使用的基本方法仍然是替换和换位，但是采用更加复杂的加密算法和简单的密钥，而且增加了对付主动攻击的手段。例如加入随机的冗余信息，以防止制造假消息；加入时间控制信息，以防止旧消息重放。
替换和换位可以用简单的电路来实现。
▲对称密码
对称密码特点：加密和解密使用相同的密钥。
- 优点：加解密速度快、密文紧凑、使用长密钥时的难破解。
- 缺点：密钥分配问题、密钥管理问题、无法认证源。
常见的对称密钥加密算法如下：DES、3DES、AES、RC4/5、IDEA。
对称加密算法总结如下：
◎ 真题
DES加密算法的密钥长度为56位，三重DES的密钥长度为是（44）位。
A.168 B.128 C.112 D.56
▲公钥密码/非对称密码
公钥密码又称为非对称加密，就是对数据加密和解密的密钥是不同的。
- 优点：密钥分发方便、密钥保管量少、支持数字签名。
- 缺点：加密速度慢（计算量大，不适合加密大数据）、数据膨胀率高。
每个实体有两个密钥：公钥公开，私钥自己保存。
- 公钥加密，私钥解密，可实现保密通信。
- 私钥加密，公钥解密，可实现数字签名。
常见的非对称加密算法如下：
RSA：512位（或1024位）密钥，计算量极大，难破解。
Elgamal、ECC(椭圆曲线算法)、背包算法、Rabin、DH等。
▲密码分类
▲混合密码
混合密码：发送方用对称密钥加密需要发送的消息，再用接收方的公钥加密对称密钥，然后一起发送给接收方；接收方先用自己的私钥解密得到对称密钥，然后用对称密钥解密得到明文。
▲国产加密算法-SM系列
《中华人民共和国密码法》密码分为核心密码、普通密码和商用密码，实行分类管理
核心密码、普通密码用于保护国家秘密信息，属于国家秘密，由密码管理部门依法实行严格统一管理。
商用密码用于保护不属于国家秘密的信息，公民、法人可用。
国产密码算法如下：
SM2是我国自主研发的一种非对称密码算法，密钥长度为256位，包括SM2-1椭圆曲线数字签名算法、SM2-2椭圆曲线密钥交换协议和SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名、密钥协商和数据加密等功能。与RSA算法相比，SM2算法的密码复杂度高、处理速度快、机器性能消耗更小，其性能更优更安全。
SM4算法是我国自主研发的分组对称密码算法，主要用于数据加密，分组长度与密钥长度均为128bit。加密算法与密钥扩展算法均采用32轮非线性迭代结构，以字（32位）为单位进行加密运算，每一次迭代运算均为一轮变换函数F。
SM9用户私钥的生成过程如下：
主密钥对的生成：KGC首先生成一对主密钥，包括主公钥和主私钥；
用户标识的输入：用户将自己的标识（如邮箱、用户名等）提交给KGC；
用户私钥的计算：KGC使用主私钥和用户标识，通过特定的算法（如基于椭圆曲线对运算）生成用户的私钥。
■ Hash哈希算法
▲Hash函数
Hash函数，又称为杂凑函数、散列函数，它能够将任意长度的信息转换成固定长度的哈希值（数字摘要），并且任意不同消息或文件所生成的哈希值是不一样的。
h表示hash函数，则h满足下列条件：
① h的输入可以是任意长度的消息或文件M。
② h的输出的长度是固定的。
③ 给定h和M，计算h（M）是容易的。
④ 给定h的描述，找两个不同的消息M1和M2，使得h（M1）=h（M2）是计算上不可行的。
哈希函数特性：不可逆性（单向）、无碰撞性、雪崩效应。
▲哈希分类
常见的Hash算法有：
①MD5算法：以512位数据块为单位来处理输入，产生128位的信息摘要。常用于文件校验。
②SHA算法：以512位数据块为单位来处理输入，产生160位的哈希值，比MD5更安全。
③SM3国产算法：消息分组长度为512比特，输出256位摘要。
▲哈希应用
①文件完整性校验
②账号密码存储
③用户身份认证
■ 数字签名
现实生活中，经常签名，并且按手印，主要通过独一无二的笔迹和手印来防止抵赖。在计算机世界通过数字签名来实现同样的功能。签名方用自己的私钥进行签名，对方收到后，用签名方的公钥进行验证。数字签名是用于确认发送者身份和消息完整性的一个加密消息摘要，具有如下特点：
①数字签名是可信的。
②数字签名不可伪造。
③数字签名不能重新使用。
④签名文件是不能改变的。
⑤数字签名不能抵赖。
⑥接收者能够核实发送者身份。
▲数字签名过程
常用的签名算法是RSA，采用发送者私钥签名，接收方收到数据后，采用发送者的公钥进行验证。可以直接对明文进行签名，由于明文文件可能很大，这种签名方案效率低。所以也可以先由明文生成Hash（比如MD5生成128位），再对Hash值进行签名，效率更高。
▲签名验证过程
◎ 真题
数字签名首先需要生成消息摘要，然后发送方用自己的私钥对报文摘要进行加密，接收方用发送方的公钥验证真伪。生成消息摘要的算法为（42），对摘要进行加密的算法为（43）。
(42) A.DES B.3DES C.MD5 D.RSA
(43) A.DES B.3DES C.MD5 D.RSA
◎ 真题
数字签名首先需要生成消息摘要，然后发送方用自己的私钥对报文摘要进行加密，接收方用发送方的公钥验证真伪。生成消息摘要的目的是（42），对摘要进行加密的目的是（43）。
（42）A.防止窃听 B.防止抵赖 C.防止篡改D.防止重放
（43）A.防止窃听B.防止抵赖C.防止篡改D.防止重放
■ 数字证书与CA
▲数字证书
▲PKI体系结构
1、用户/终端实体：指将要向认证中心申请数字证书的客户，可以是个人，也可以是集团或团体、某政府机构等。
2、注册机构RA：负责受理用户申请证书，对申请人的合法性进行认证，并决定是批准或拒绝证书申请。注册机构并不给用户签发证书，而只是对用户进行资格审查。较小的机构，可以由CA兼任RA的工作。
3、证书颁发机构CA：负责给用户颁发、管理和撤销证书。
4、证书发布系统：负责证书发放，如可以通过用户自已或是通过目录服务。
5、CRL库：证书吊销列表，存放过期或者无效证书。
◎ 真题
用户A和B要进行安全通信，通信过程需确认双方身份和消息不可否认。A、B通信时可使用（43）来对用户的身份进行认证；使用（44）确保消息不可否认。
(43)A.数字证书 B.消息加密 C.用户私钥D数字签名
(44)A数字证书B.消息加密C.用户私钥D.数字签名
◎ 真题
X.509数字证书标准推荐使用的密码算法是（43），而国密SM2数字证书采用的公钥密码算法是(44)。
(43) A.RSA B.DES C.AES D.ECC
(44) A.RSA B.DES C.AES D.ECC
◎ 真题
数字证书的作用是（）。
A.隐藏用户私钥
B.防止用户公钥泄露
C.保障数据完整性
D绑定实体与公钥
▲证书链
如果用户数量很多，通常由多个CA，每个CA为一部分用户发行和签署证书。
如果有两个CA，X1和X2，假设用户A从CA机构X1获得了证书，用户B从X2获得证书，如果两个证书发放机构X1和X2彼此间安全交换了公钥，彼此信任，那么他们的证书可以形成证书链。
A通过一个证书链来获取B的公钥，证书链表示为：X1《X2》X2《B》
B也能通过相反的证书链来获取A的公开密钥：X2《X1》X1《A》
◎ 真题
假定用户A、B分别在11和12两个CA处取得了各自的证书，下面（44）是A、B互信的必要条件。
A.A、B互换私钥
B.A、B互换公钥
C.I1、I2互换私钥
D.I1、I2互换公钥
至此，本文分享的内容就结束了。