PKI基礎(chǔ)內(nèi)容介紹（2）
PKI基礎(chǔ)之單鑰密碼算法（加密）
單鑰密碼算法，又稱對(duì)稱密碼算法，是指加密密鑰和解密密鑰為同一密鑰的密碼算法。因此，信息的發(fā)送者和信息的接收者在進(jìn)行信息的傳輸與處理時(shí)，必須共同持有該密碼（稱為對(duì)稱密碼）。在對(duì)稱密鑰密碼算法中,加密運(yùn)算與解密運(yùn)算使用同樣的密鑰。通常,使用的加密算法比較簡(jiǎn)便高效,密鑰簡(jiǎn)短,破譯極其困難；由于系統(tǒng)的保密性主要取決于密鑰的安全性,所以，在公開的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上安全地傳送和保管密鑰是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。最典型的是DES（Data Encryption Standard)算法。
DES（Data Encryption Standard，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）算法，它是一個(gè)分組加密算法，它以64 bit位（8 byte）為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密，其中有8 bit奇偶校驗(yàn)，有效密鑰長(zhǎng)度為56 bit。64位一組的明文從算法的一端輸入，64位的密文從另一端輸出。DES是一個(gè)對(duì)稱算法，加密和解密用的是同一算法。DES的安全性依賴于所用的密鑰。
密鑰的長(zhǎng)度為56位。（密鑰通常表示為64位的數(shù)，但每個(gè)第8位都用作奇偶校驗(yàn)，可以忽略。）密鑰可以是任意的56位的數(shù)，且可以在任意的時(shí)候改變。其中極少量的數(shù)被認(rèn)為是弱密鑰，但能容易地避開它們。所有的保密性依賴于密鑰。簡(jiǎn)單地說，算法只不過是加密的兩個(gè)基本技術(shù)--混亂和擴(kuò)散的組合。
DES基本組建分組是這些技術(shù)的一個(gè)組合（先代替后置換），它基于密鑰作用于明文，這是眾所周知的輪（round）。DES有16輪，這意味著要在明文分組上16次實(shí)施相同的組合技術(shù)。此算法只使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，而其作用的數(shù)也最多只有64位。
DES對(duì)64位的明文分組進(jìn)行操作，通過一個(gè)初始置換，將明文分組分成左半部分和右半部分，各32位長(zhǎng)。然后進(jìn)行16輪完全相同的運(yùn)算，這些運(yùn)算被稱為函數(shù)f，在運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。經(jīng)過16輪后，左、右半部分合在一起經(jīng)過一個(gè)末置換（初始置換的逆置換），這樣該算法就完成了。在每一輪中，密鑰位移位，然后再叢密鑰的56位中選出48位。通過一個(gè)擴(kuò)展置換將數(shù)據(jù)的右半部分?jǐn)U展成48位，并通過一個(gè)異或操作與48位密鑰結(jié)合，通過8個(gè)s盒將這48位替代成新的32位數(shù)據(jù)，再將其置換一次。這四步運(yùn)算構(gòu)成了函數(shù)f。然后，通過另一個(gè)異或運(yùn)算，函數(shù)f輸出與左半部分結(jié)合，其結(jié)果即成為新的右半部分，原來的右半部分成為新的左半部分。將該操作重復(fù)16次，便實(shí)現(xiàn)了DES的16輪運(yùn)算。
假設(shè)Bi是第i次迭代的結(jié)果，Li和Ri是Bi的左半部分和右半部分，Ki是第i輪的48位密鑰，且f是實(shí)現(xiàn)代替、置換及密鑰異或等運(yùn)算的函數(shù)，那么每一輪就是：
PKI基礎(chǔ)之雙鑰密碼算法（加密、簽名）
雙鑰密碼算法，又稱公鑰密碼算法：是指加密密鑰和解密密鑰為兩個(gè)不同密鑰的密碼算法。公鑰密碼算法不同于單鑰密碼算法，它使用了一對(duì)密鑰：一個(gè)用于加密信息，另一個(gè)則用于解密信息，通信雙方無(wú)需事先交換密鑰就可進(jìn)行保密通信。其中加密密鑰不同于解密密鑰,加密密鑰公之于眾,誰(shuí)都可以用；解密密鑰只有解密人自己知道。這兩個(gè)密鑰之間存在著相互依存關(guān)系：即用其中任一個(gè)密鑰加密的信息只能用另一個(gè)密鑰進(jìn)行解密。若以公鑰作為加密密鑰，以用戶專用密鑰（私鑰）作為解密密鑰，則可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶加密的信息只能由一個(gè)用戶解讀；反之，以用戶私鑰作為加密密鑰而以公鑰作為解密密鑰，則可實(shí)現(xiàn)由一個(gè)用戶加密的信息而多個(gè)用戶解讀。前者可用于數(shù)字加密，后者可用于數(shù)字簽名。
在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時(shí)，公鑰密碼算法體現(xiàn)出了單密鑰加密算法不可替代的優(yōu)越性。對(duì)于參加電子交易的商戶來說，希望通過公開網(wǎng)絡(luò)與成千上萬(wàn)的客戶進(jìn)行交易。若使用對(duì)稱密碼，則每個(gè)客戶都需要由商戶直接分配一個(gè)密碼，并且密碼的傳輸必須通過一個(gè)單獨(dú)的安全通道。相反，在公鑰密碼算法中，同一個(gè)商戶只需自己產(chǎn)生一對(duì)密鑰，并且將公開鑰對(duì)外公開。客戶只需用商戶的公開鑰加密信息，就可以保證將信息安全地傳送給商戶。
公鑰密碼算法中的密鑰依據(jù)性質(zhì)劃分，可分為公鑰和私鑰兩種。用戶產(chǎn)生一對(duì)密鑰，將其中的一個(gè)向外界公開，稱為公鑰；另一個(gè)則自己保留，稱為私鑰。凡是獲悉用戶公鑰的任何人若想向用戶傳送信息，只需用用戶的公鑰對(duì)信息加密，將信息密文傳送給用戶便可。因?yàn)楣€與私鑰之間存在的依存關(guān)系，在用戶安全保存私鑰的前提下，只有用戶本身才能解密該信息，任何未受用戶授權(quán)的人包括信息的發(fā)送者都無(wú)法將此信息解密。
RSA公鑰密碼算法是一種公認(rèn)十分安全的公鑰密碼算法。它的命名取自三個(gè)創(chuàng)始人：Rivest、Shamir和Adelman。RSA公鑰密碼算法是目前網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行保密通信和數(shù)字簽名的最有效的安全算法。RSA算法的安全性基于數(shù)論中大素?cái)?shù)分解的困難性，所以，RSA需采用足夠大的整數(shù)。因子分解越困難，密碼就越難以破譯，加密強(qiáng)度就越高。
RSA既能用于加密又能用于數(shù)字簽名，在已提出的公開密鑰算法中，RSA最容易理解和實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)算法也是最流行的。RSA的安全基于大數(shù)分解的難度。其公開密鑰和私人密鑰是一對(duì)大素?cái)?shù)（100到200個(gè)十進(jìn)制數(shù)或更大）的函數(shù)。從一個(gè)公開密鑰和密文中恢復(fù)出明文的難度等價(jià)于分解兩個(gè)大素?cái)?shù)之積。為了產(chǎn)生兩個(gè)密鑰，選取兩個(gè)大素?cái)?shù)，p和q。為了獲得最大程度的安全性，兩數(shù)的長(zhǎng)度一樣。計(jì)算乘積： ，然后隨機(jī)選取加密密鑰e，使e和（p-1）（q-1）互素。最后用歐幾里得擴(kuò)展算法計(jì)算解密密鑰d，以滿足
則，注意：d和n也互素。e和n是公開密鑰，d是私人密鑰。兩個(gè)素?cái)?shù)p和q不再需要，它們應(yīng)該被舍棄，但絕不可泄露。
加密消息m時(shí)，首先將它分成比n小的數(shù)據(jù)分組（采用二進(jìn)制數(shù)，選取小于n的2的最大次冪），也就是說，p和q為100位的素?cái)?shù)，那么n將有200位，每個(gè)消息分組 應(yīng)小于200位長(zhǎng)。加密后的密文c，將由相同長(zhǎng)度的分組 組成。加密公式簡(jiǎn)化為
解密消息時(shí)，取每一個(gè)加密后的分組ci并計(jì)算：
由于： ，全部(mod n)這個(gè)公式能恢復(fù)出明文。
公開密鑰 n：兩素?cái)?shù)p和q的乘積（p和q必須保密） e：與（p-1）（q-1）互素
私人密鑰
加密
解密
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