应用篇——密钥
無論是對(duì)稱密碼、公鑰密碼還是消息認(rèn)證碼、數(shù)字簽名等密碼技術(shù)，都需要使用密鑰，那什么是密鑰？
目錄
一、密鑰介紹
密鑰分類
1）根據(jù)用途分類：
2）通過使用次數(shù)分類：
3）根據(jù)加密對(duì)象分類：
二、密鑰的管理
1.密鑰的生成
1）使用隨機(jī)數(shù)生成密鑰
2）使用口令生成密鑰
2.配送密鑰
3.更新密鑰
4.保存密鑰
5.作廢密鑰
三、簡單分析diffie-hellman密鑰交換
密鑰交換步驟
四、基于口令的密碼（PBE）
1.PBE加密過程
2.PBE解密過程
3.鹽的作用
4.生成口令的注意事項(xiàng)：
一、密鑰介紹
密鑰：是一種在明文轉(zhuǎn)密文或密文轉(zhuǎn)明文的算法中輸入的參數(shù)
在密鑰中，數(shù)字本身大小并不重要，重要的是密鑰的空間大小（可能出現(xiàn)的密鑰總數(shù)量）；因?yàn)槊荑€空間越大，進(jìn)行暴力破解就越困難。密鑰的空間大小是由密鑰長度決定的
- 信息的機(jī)密性，不能依賴密碼算法，而是要依賴妥善保管的密鑰?；
- 明文和密鑰的價(jià)值相等，沒有明文，密鑰就沒有價(jià)值，沒有密鑰，明文就不能保證其價(jià)值
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密鑰分類
1）根據(jù)用途分類：
對(duì)稱密鑰：加密和解密使用同一個(gè)密鑰，由于需要收發(fā)雙方要共享密鑰，因此要對(duì)除發(fā)送者和接收者之外的人保密
公鑰密鑰：加密和解密使用的是不同的密鑰，其中，公鑰加密，私鑰解密；公鑰可以公開，而私鑰只能自己持有
消息認(rèn)證碼：接收者和發(fā)送和之間共享密鑰來認(rèn)證，認(rèn)證碼只能由持有合法密鑰的認(rèn)得出；通常將消息認(rèn)證碼附在報(bào)文后面，可識(shí)別消息是否被篡改或偽裝
消息認(rèn)證碼也是收發(fā)雙方的合法證明，因此需要對(duì)除收發(fā)雙方以外的人保密
數(shù)字簽名：和公鑰密碼相反，私鑰用于生成簽名，公鑰用于驗(yàn)證簽名
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對(duì)稱密碼和公鑰密碼是用于確保機(jī)密性的密鑰；消息認(rèn)證碼和數(shù)字簽名是用于認(rèn)證的密鑰
2）通過使用次數(shù)分類：
會(huì)話密鑰：每次通信只使用一次的密鑰；會(huì)話密鑰只在本次通信中有效，在下一次時(shí)，使用新的密鑰
主密鑰：一直重復(fù)使用的密鑰
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3）根據(jù)加密對(duì)象分類：
CEK（內(nèi)容加密密鑰）：加密的對(duì)象是用戶直接使用的信息
KEK（密鑰加密密鑰）：用于加密密鑰
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二、密鑰的管理
1.密鑰的生成
1）使用隨機(jī)數(shù)生成密鑰
使用偽隨機(jī)數(shù)生成器來生成密鑰，需要注意：密碼學(xué)用途的偽隨機(jī)數(shù)生成器必須專門針對(duì)密碼學(xué)用途而設(shè)計(jì)（具備不可預(yù)測的性質(zhì)）
2）使用口令生成密鑰
使用可記住的口令來生成密鑰（已經(jīng)很少直接使用），現(xiàn)在都是將口令輸入單向散列函數(shù)得到的散列值作為密鑰使用
2.配送密鑰
采用事先共享密鑰、密鑰分配中心、公共密鑰、Diffie-Hellman密鑰交換等方法
3.更新密鑰
在使用共享密鑰進(jìn)行同通信時(shí)，定期改變密鑰（收發(fā)雙方使用同樣的方法同時(shí)更改）
原理：使用當(dāng)前密鑰散列值作為下一個(gè)密鑰
4.保存密鑰
在該密鑰需要重復(fù)使用時(shí)使用
為了使該密鑰保密，要使用另一個(gè)密鑰對(duì)其進(jìn)行加密行加密（KEK）；雖然完全解決文件機(jī)密性問題，但可以減少要保管的密鑰數(shù)量（使用一個(gè)密鑰同時(shí)加密多個(gè)密鑰，因此該密鑰的價(jià)值也就等于這多個(gè)密鑰）
5.作廢密鑰
在計(jì)算機(jī)上僅是刪除文件是不夠的，因?yàn)楝F(xiàn)在有很多可以恢復(fù)誤刪文件的軟件（刪除的文件實(shí)際并沒有刪除，只是不顯示了而已）；因此要作廢密鑰時(shí)，不僅僅刪除就可以，還需要將密鑰列入CRL中
三、簡單分析diffie-hellman密鑰交換
使用該算法，通信雙方僅交換一些公開信息，就能生成共享密鑰（IPsec就使用了改良版的diffie-hellman），因此也稱為Diffie-hellman密鑰協(xié)商
密鑰交換步驟
1）Alice向Bob發(fā)送P和G這兩個(gè)質(zhì)數(shù)
P必須非常大，G是P的生成元【1】；P與G不需要保密，可有收發(fā)雙方任意一方生成
2）Alice生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)A
A是一個(gè)1~P-2之間的整數(shù)，只有Alice知道
3）Bob生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)B
同上，只有Bob知道
4）Alice將G^A mod P發(fā)送給Bob（可公開）
5）Bob將G^B mod P 發(fā)送給Alice （可公開）
6）Alice用Bob發(fā)送來的數(shù)計(jì)算共享密鑰（Bob也用Alice發(fā)送過來的數(shù)計(jì)算密鑰）
Alice的密鑰 =（G^B mod P）^A mod P = G^A×B mod P
Bob的密鑰 = （G^A mod P）^B mod P = G^B×A mod P
由上得出Alice的密鑰=Bob的密鑰
在該交換密鑰中，最主要的是A和B，不能讓第三方知道
根據(jù)G^A mod P 求A的有效算法還未出現(xiàn)，該問題可稱為有限群的離散對(duì)數(shù)問題
【1】生成元：群中元素可以由最小數(shù)目個(gè)群元的乘積生成，這組群元稱為該群的生成元，生成元的數(shù)目為有限群的秩
生成元的乘方結(jié)果與1~P-1的數(shù)字一一對(duì)應(yīng)
四、基于口令的密碼（PBE）
根據(jù)口令生成密鑰并使用該密鑰進(jìn)行加密，其中加密與解密使用同一個(gè)密鑰
PBE算法在加密過程中并不是直接使用口令來加密，而是加密的密鑰由口令生成，這個(gè)功能由PBE算法中的KDF函數(shù)完成。KDF函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過程為：將用戶輸入的口令首先通過“鹽”（salt）的擾亂產(chǎn)生準(zhǔn)密鑰，再將準(zhǔn)密鑰經(jīng)過散列函數(shù)多次迭代后生成最終加密密鑰，密鑰生成后，PBE算法再選用對(duì)稱加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以選擇DES、3DES、RC5等對(duì)稱加密算法
1.PBE加密過程
1）生成KEK
使用偽隨機(jī)數(shù)生成器生成稱為“鹽”（salt）的隨機(jī)數(shù)，將鹽和Alice的口令一同輸入到單向散列函數(shù)，得到的散列值就是密鑰加密密鑰（KEK）
鹽：一種抵御字典攻擊的防御機(jī)制
2）生成會(huì)話密鑰并加密
繼續(xù)使用偽隨機(jī)數(shù)生成器生成會(huì)話密鑰（CEK，用于加密消息），將（1）生成的KEK加密CEK，并將鹽和加密過的CEK保存在的安全地方，并丟棄KEK（使用鹽和口令就可以重建）
3）加密消息
使用（2）中生成的會(huì)話密鑰加密消息
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最后PBE的輸出為：鹽、KEK加密后的CEK，CEK加密后的消息
2.PBE解密過程
1）重建KEK
將鹽和口令一同輸入單向散列函數(shù)得出散列值就是KEK
2）解密會(huì)話密鑰?
將KEK加密過的CEK使用（1）得到的KEK進(jìn)行解密，可得到CEK
3）解密消息
使用（2）得到的CEK解密被加密的消息
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3.鹽的作用
字典攻擊：是一種使用預(yù)先準(zhǔn)備好的候選密鑰列表，在需要破解密碼時(shí)，使用該列表逐條對(duì)應(yīng)進(jìn)行匹配，可縮短大量時(shí)間的一種攻擊方式
在生成密鑰時(shí)，沒有加鹽的話；攻擊者會(huì)在事先生成大量的候選密鑰，進(jìn)行匹配；如果在生成密鑰時(shí)加鹽，鹽的長度越大，候選密鑰的數(shù)量就越多（密鑰空間越大）；只要攻擊者沒有獲得鹽，就無法生成密鑰
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4.生成口令的注意事項(xiàng)：
1）只使用自己知道的信息
- 不要使用對(duì)自己重要的信息（生日、對(duì)象名字之類的）
- 不使用關(guān)于自己的信息（姓名、員工號(hào)、地址等）
- 不要使用別人見過的信息（星期、星座等）
2）將多個(gè)不同口令分開使用
很多人無論QQ也好、淘寶也好、電子郵箱也好都是用同一個(gè)密碼，這會(huì)造成當(dāng)密碼被破解時(shí)，與自己相關(guān)的應(yīng)用都會(huì)受到損害
；也不要使用只變了一部分的密碼（www123、www124、www125之類的）因?yàn)橹灰平獬鲆粋€(gè)，其他也很輕松被推測出來
3）密碼的局限性
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其計(jì)算速度越來越快；因此使用暴力破解的速度也就越來越快
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總結(jié)
