秘钥、公钥匙、认证之间的关系 DES、RSA、AES 数据加密传输

对称加密:

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式,加密(encryption)与解密(decryption)用的是同样的密钥(secret key)。对称加密有很多种算法,由于它效率很高,所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥,一般小于256 bit。因为密钥越大,加密越强,但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥,那黑客们可以先试着用0来解密,不行的话就再用1解;但如果你的密钥有1 MB大,黑客们可能永远也无法破解,但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性,也要照顾到效率,是一个trade-off。

对称加密的一大缺点是密钥的管理与分配,换句话说,如何把密钥发送到需要解密你的消息的人的手里是一个问题。在发送密钥的过程中,密钥有很大的风险会被黑客们拦截。现实中通常的做法是将对称加密的密钥进行非对称加密,然后传送给需要它的人。

常用的有:DES、AES

非对称加密:

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法,它使用了一对密钥,公钥(public key)和私钥(private key)。私钥只能由一方安全保管,不能外泄,而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密,而解密则需要另一个密钥。比如,你向银行请求公钥,银行将公钥发给你,你使用公钥对消息加密,那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是,银行不需要将私钥通过网络发送出去,因此安全性大大提高。

常用的有:RSA

总结

(1) 对称加密加密与解密使用的是同样的密钥,所以速度快,但由于需要将密钥在网络传输,所以安全性不高。

(2) 非对称加密使用了一对密钥,公钥与私钥,所以安全性高,但加密与解密速度慢。

(3) 解决的办法是将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密,然后发送出去,接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥,然后双方可以使用对称加密来进行沟通。

公钥和私钥

在现代密码体制中加密和解密是采用不同的密钥(公开密钥),也就是非对称密钥密码系统,每个通信方均需要两个密钥,即公钥和私钥,这两把密钥可以互为加解密。公钥是公开的,不需要保密,而私钥是由个人自己持有,并且必须妥善保管和注意保密。

公钥私钥的原则:

  1. 一个公钥对应一个私钥。
  2. 密钥对中,让大家都知道的是公钥,不告诉大家,只有自己知道的,是私钥。
  3. 如果用其中一个密钥加密数据,则只有对应的那个密钥才可以解密。
  4. 如果用其中一个密钥可以进行解密数据,则该数据必然是对应的那个密钥进行的加密。

非对称密钥密码的主要应用就是公钥加密和公钥认证,而公钥加密的过程和公钥认证的过程是不一样的,下面我就详细讲解一下两者的区别。

基于公开密钥的加密过程

比如有两个用户Alice和Bob,Alice想把一段明文通过双钥加密的技术发送给Bob,Bob有一对公钥和私钥,那么加密解密的过程如下:

  1. Bob将他的公开密钥传送给Alice。
  2. Alice用Bob的公开密钥加密她的消息,然后传送给Bob。
  3. Bob用他的私人密钥解密Alice的消息。

上面的过程可以用下图表示,Alice使用Bob的公钥进行加密,Bob用自己的私钥进行解密。

图片.png

基于公开密钥的认证过程

身份认证和加密就不同了,主要用户鉴别用户的真伪。这里我们只要能够鉴别一个用户的私钥是正确的,就可以鉴别这个用户的真伪。

还是Alice和Bob这两个用户,Alice想让Bob知道自己是真实的Alice,而不是假冒的,因此Alice只要使用公钥密码学对文件签名发送 给Bob,Bob使用Alice的公钥对文件进行解密,如果可以解密成功,则证明Alice的私钥是正确的,因而就完成了对Alice的身份鉴别。整个身 份认证的过程如下:

  1. Alice用她的私人密钥对文件加密,从而对文件签名。
  2. Alice将签名的文件传送给Bob。
  3. Bob用Alice的公钥解密文件,从而验证签名。

上面的过程可以用下图表示,Alice使用自己的私钥加密,Bob用Alice的公钥进行解密。


图片.png

DES

DES是Data Encryption Standard(数据加密标准)的缩写,DES算法为密码体制中的对称密码体制。它是由IBM公司研制的一种加密算法,美国国家标准局于1977年公布把它作为非机要部门使用的数据加密标准,二十年来,它一直活跃在国际保密通信的舞台上,扮演了十分重要的角色。
DES是一个分组加密算法,他以64位为分组对数据加密。同时DES也是一个对称算法:加密和解密用的是同一个算法。它的密匙长度是56位(因为每个第8位都用作奇偶校验),密匙可以是任意的56位的数,而且可以任意时候改变。其中有极少量的数被认为是弱密匙,但是很容易避开他们。所以保密性依赖于密钥。
特点:分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。   DES算法具有极高安全性,到目前为止,除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外,还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256,这意味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥,则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间。

DES现在已经不视为一种安全的加密算法,因为它使用的56位秘钥过短,以现代计算能力,24小时内即可能被破解。也有一些分析报告提出了该算法的理论上的弱点,虽然实际情况未必出现。该标准在最近已经被高级加密标准(AES)所取代。

AES

高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES),又称Rijndael加密法,是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES,已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程,高级加密标准由美国国家标准与技术研究院(NIST)于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197,并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年,高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

AES的区块长度固定为128 位元,密钥长度则可以是128,192或256位元。

RSA

RSA加密算法是一种非对称加密算法。在公钥加密标准电子商业中RSA被广泛使用。RSA是1977年罗纳德·李维斯特(Ron Rivest)、阿迪·萨莫尔(Adi Shamir)和伦纳德·阿德曼(Leonard Adleman)一起提出的。当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。

RSA算法的可靠性基于分解极大的整数是很困难的。假如有人找到一种很快的分解因子的算法的话,那么用RSA加密的信息的可靠性就肯定会极度下降。但找到 这样的算法的可能性是非常小的。今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。到2008年为止,世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。只要其钥 匙的长度足够长,用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。

RSA算法利用两个很大的质数相乘所产生的乘积来加密。这两个质数无论哪一个先与原文件编码相乘,对文件加密,均可由另一个质数再相乘来解密。但要用一个 质数来求出另一个质数,则是十分困难的。因此将这一对质数称为密钥对(Key Pair)。在加密应用时,某个用户总是将一个密钥公开,让需发信的人员将信息用其公共密钥加密后发给该用户,而一旦信息加密后,只有用该用户一个人知道 的私用密钥才能解密。具有数字凭证身份的人员的公共密钥可在网上查到,亦可在请对方发信息时主动将公共密钥传给对方,这样保证在Internet上传输信 息的保密和安全。

图片.png

开发中:

客户端发送的敏感数据时需要加密处理,客户端数据采用公钥加密,服务器用对应的秘钥解密,客户端保存公钥,服务器保存秘钥

服务器发送的数据也要加密时,服务器端数据采用秘钥加密,客户端数据用对应的公钥加密,客户端保存公钥,服务器保存秘钥

服务器要认证客户端时,客户端数据采用秘钥加密,服务器用对应的公钥解密,客户端保留秘钥,服务器保留公钥

常用加解密方案:

  • 1 通过简单的URLENCODE + BASE64编码防止数据明文传输
  • 2 对普通请求、返回数据,生成MD5校验(MD5中加入动态密钥),进行数据完整性(简单防篡改,安全性较低,优点:快速)校验
  • 3 对于重要数据,使用RSA进行数字签名,起到防篡改作
  • 4 对于比较敏感的数据,如用户信息(登陆、注册等),客户端发送使用RSA加密,服务器返回使用DES(AES)加密
    原因:客户端发送之所以使用RSA加密,是因为RSA解密需要知道服务器私钥,而服务器私钥一般盗取难度较大,如果使用DES的话,可以通过破解客户端获 取密钥,安全性较低。 而服务器返回之所以使用DES,是因为不管使用DES还是RSA,密钥(或私钥)都存储在客户端,都存在被破解的风险,因此,需要采 用动态密钥,而RSA的密钥生成比较复杂,不太适合动态密钥,并且RSA速度相对较慢,所以选用DES,当然DES安全性<AES,如果不考虑速度采用AES安全性较高,视情况来选择)
    常用选择了第4种加密方式

如果想要更加安全一点,可以在仿照微信的通信,每次都在传输数据上加上一个32为随机数和并将数据按照一定的规则生成一个校验sign

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