数据的加密与签名

时间：2021-04-08 20:27:44

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一、 密码概述

发送者对明文进行加密然后生成密文，接受者再对密文解密得到明文的过程。 现在使用的所有加密算法都是公开的！但是密钥肯定不是公开的。

1 散列(哈希)函数

  • 通常有MD5、SHA1、SHA256、SHA512
  • 实质是抽取特征码，这样一般不会重复！是的，不同的文本它的哈希结果是有可能相同的，但概率很小。
    （举例：比如想要识别一个人，我们可以通过他的指纹来锁定他，指纹出现相同的概率很低吧！在这里，人就相当于数据，而指纹就相当于对人这个数据进行hash后得到的结果）
  • 对任意大小的一个文件或任意长度的一段数据进行哈希，可以得到定长的字符串结果，例如MD5哈希结果是128位，以32个字符的十六进制格式输出

　　　　（md5，其实就是一中算法。将一个字符串，或文件，或压缩包，执行md5后，就可以生成一个固定长度为128bit的串。这个串，基本上是唯一的）

  • 还有就是不可逆的，既然是不可逆的，那么当然不是用来加密的，而是签名

　　哈希值在HMAC身份验证机制中用得比较多

2 对称加密算法

  • 有DES、3DES、AES
  • 加密和解密使用同一个秘钥，加密解密的速度快
  • 适合给大数据进行加密
  • 密钥的安全性非常重要

3 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），其中 RSA使用最为广泛，Elgamal和ECC也很常用

  1. 使用 公钥 加密，使用 私钥 解密
  2. 使用 私钥 加密，使用 公钥 解密（私钥签名，公钥验签）
  3. 更安全，当然速度会慢下来，如果随着硬件的突破，使用越来越多，特别是支付

1是对数据加密，2是防止伪造客户端数据，对服务器攻击，更重要是防止模拟了客户端，进行支付相关的操作

　　注意:   公钥是由私钥经一系列不可逆的hash运算等到的. 

4 对称加密与非对称加密的区别

就个人理解，最主要的就是密钥的不同，对称加密客户端和服务端使用同一个密钥，非对称加密使用不同的密钥。

客户端的代码是很容易被破解的，IDA、hopper disassembler工具的使用，使得破解更加简单而且破解后容易阅读，再配合Charles抓取网络包，根据关键字很容易就定位到加密代码，然后获取密钥。

由于对称加密密钥一样，所以解密就轻而易举；但是非对称加密就不会出现这种问题，因为服务端和客户端的密钥不一样，公钥加密私钥解密，加密的公钥也是公开的，而私钥一般放在服务端，黑客一般是拿不到的。

另外就是没有密钥情况下强制暴力破解，非对称加密也要比对称加密花的多的多的时间来破解。一条信息就要花你几年的时间，所以很安全。

二、加密与签名区别（RSA）

  • 最大的区别是，加密是可逆的，而签名是不可逆的。

比如对于"Hello world!"进行加密后得到结果R，还可以使用密钥通过结果R解密得到"Hello world!";而对"Hello world!"进行签名得到结果R，却不能使用密钥通过R获得"Hello world!"，要不然的话压缩算法要逆天了！比如hash，使用几十个字符就能存储几G几T的数据。。。

  • 加密是对数据进行机密性保护，签名主要用于身份验证

比如A对B发送了信息Message；通过加密后，即便C通过网络包截取获得了Message，它也不知道里面的具体内容，只能看到一堆乱码；通过签名，假设D也用相同的加密算法发送了此Message，但是签名错误，那么B通过签名依然拒绝D的Message。

  • 以当前使用的比较多的RSA为例举例：

　　假设A、B双方均拥有一对公私钥(PUB_A、PRI_A、PUB_B、PRI_B)。

　　A向B发送Message的整个签名和加密的过程如下：

  1. A先使用HASH对Message生成一个固定长度的信息摘要Message_hash_A
  2. A使用A的私钥PRI_A对Message_hash_A进行签名得到Message_sign（这里为什么不直接对Message进行签名，而要对Message_hash_A进行签名呢？因为Message的长度可能很长，而Message_hash_A的长度则是固定的，这样性能更高，格式也固定，况且hash的结果一般不会出现重复的可能）
  3. A接着使用B的公钥PUB_B对信息Message和信息Message_sign进行加密得到Message_RSA，这时A将Message_RSA发送给B。

　　当B接收到A的信息Message_RSA后，获取Message的步骤如下：

  1. B用自己的私钥PRI_B解密得到明文：Message和Message_sign；
  2. 然后B使用A的公钥PUB_A解Message_sign得到Message_hash_A；同时，B再对Message使用与A相同的HASH得到Message_hash_B；
  3. 如果Message_hash_A与Message_hash_B相同，则说明Message没有被篡改过。

上面的过程中，A知道A的公私钥同时也要知道B的公钥；同理B要知道A的公钥和B的公私钥

关于公私钥再打个比方：公钥就像一把锁一样将数据锁住；私钥就像钥匙一样，能将对应的锁打开。

公钥加密，私钥解密的好处是：公钥可以公开，那么无论谁有公钥都可以给你发送信息，而且也只有你才能解密

我们经常使用的Github就是使用了签名的方法，SSH，在本地电脑生成一对公私钥，将公钥传到github，然后使用私钥进行签名，github通过公钥延签后认为你的身份合法。

另外，加密和编码是不一样的，比如ASCII是属于编码，是将0~255与字符一一对应。

A发给B的报文即使被C截获，C对数据进行了篡改，但C没有A的密钥，没办法对篡改后的数据进行签名，B收到报文后，发现签名对不上，就会发现数据被篡改

三 带密哈希 HMAC

　　1.hmac原理  

　　通过哈希算法，我们可以验证一段数据是否有效，方法就是对比该数据的哈希值，例如，判断用户口令是否正确，我们用保存在数据库中的password_md5对比计算md5(password)的结果，如果一致，用户输入的口令就是正确的。

　　为了防止黑客通过彩虹表根据哈希值反推原始口令，在计算哈希的时候，不能仅针对原始输入计算，需要增加一个salt来使得相同的输入也能得到不同的哈希，这样，大大增加了黑客破解的难度。

　　如果salt是我们自己随机生成的，通常我们计算MD5时采用md5(message + salt)。但实际上，把salt看做一个“口令”，加salt的哈希就是：计算一段message的哈希时，根据不通口令计算出不同的哈希。要验证哈希值，必须同时提供正确的口令。

　　这实际上就是Hmac算法：Keyed-Hashing for Message Authentication。它通过一个标准算法，在计算哈希的过程中，把key混入计算过程中。

　　和我们自定义的加salt算法不同，Hmac算法针对所有哈希算法都通用，无论是MD5还是SHA-1。采用Hmac替代我们自己的salt算法，可以使程序算法更标准化，也更安全。

　　Python自带的hmac模块实现了标准的Hmac算法。我们来看看如何使用hmac实现带key的哈希。

　　我们首先需要准备待计算的原始消息message，随机key，哈希算法，这里采用MD5，使用hmac的代码如下：

import hmac
message = b'Hello, world!'
key = b'secret'
h = hmac.new(key, message, digestmod='MD5')
# 如果消息很长，可以多次调用h.update(msg)
h.hexdigest()
'fa4ee7d173f2d97ee79022d1a7355bcf'

　　可见使用hmac和普通hash算法非常类似。hmac输出的长度和原始哈希算法的长度一致。

　　使用hmac算法比标准hash算法更安全，因为针对相同的message，不同的key会产生不同的hash

　　2. hmac使用

　　hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的：
　　(1) 客户端发出登录请求（假设是浏览器的GET请求）
　　(2) 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值
　　(3) 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行hmac运算，然后提交给服务器
　　(4) 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的随机值做与客户端一样的hmac运算，然后与用户发送的结果比较，如果结果一致则验证用户合法
　　在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随机值和用户发送的hmac结果，而对于截获了这两个值的黑客而言这两个值是没有意义的，绝无获取用户密码的可能性，随机值的引入使hmac只在当前会话中有效，大大增强了安全性和实用性。大多数的语言都实现了hmac算法，比如php的mhash、python的hmac.py、java的MessageDigest类，在web验证中使用hmac也是可行的，用js进行md5运算的速度也是比较快的。

 

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