PPT4 加密，数字签名与数字证书

加密

基本概念

加密主要分为三类：

  • 对称加密：加密解密使用一个秘钥
  • 非对称加密：私钥加密公钥解密
  • 单向加密：哈希算法（无法解密）

安全性=算法强度+秘钥长度（SECURITY=STRENGTHOFALGORITHM+LENGTHOFKEY）

密码学用于实现以下四大信息安全属性：

  • 保密性（Confidentiality）：仅授权人员能访问 / 读取信息，防止数据被非法窃取。
  • 完整性（Integrity）：确保信息 “发送时是什么样，接收时还是什么样”，防止传输中被篡改。
  • 认证性（Authentication）：通过数字签名等技术，保证信息发送方的身份真实，以及电子传输的合法性。
  • 不可否认性（Non-Repudiation）：信息的发起者无法否认自己发送过该内容或传输行为，同样依赖数字签名技术实现。

明文加密的两种方法

  • 比特流加密（Bit Stream / 流加密）：明文的每一个比特（或字节）被逐个转换为密文比特。典型例子是**RC4，它是应用广泛的流加密算法，常用于实时数据传输（如早期的无线通信加密）。

  • 分组加密（Block Cipher）：将明文分割成固定长度的块（如 8 位、16 位块），每个块通过算法和密钥转换为密文块。典型例子有DES（数据加密标准）*和*AES（高级加密标准）——DES 曾是对称加密的主流算法，AES 则是如今更安全、应用更广泛的分组加密标准（如硬盘数据加密）。

    加密模式（Encryption Modes）

为了适应不同场景的需求，分组加密衍生出多种加密模式，常见的有：

  • 电子密码本（ECB, Electronic Code Book）：每个明文块独立加密。优点是简单高效，但如果多个明文块内容相同，密文块也会相同，容易暴露数据规律（安全性较弱）。
  • 密码块链接（CBC, Cipher Block Chaining）：下一个明文块的加密依赖于前一个密文块的输出，还引入了初始向量（IV, Initial Vector）来保证同明文块在不同位置的密文不同。

对称加密

对称密钥密码学使用同一个密钥完成消息的加密和解密。这其中最大的挑战是密钥分发—— 发送方和接收方必须在 “不被第三方窃听” 的前提下，协商并共享同一个秘密密钥。这需要一种能让双方 “安全通信、避免被窃听（eavesdropping）” 的方法。

优势（ADVANTAGES OF SKC）

  • 速度快（Speed）：算法计算效率高，适合加密大量数据（如硬盘文件、高速数据流）。
  • 实现简单（Simplicity）：相比非对称密码学，对称加密的算法逻辑更易实现。
  • 广泛应用（Wide Adoption）：在现实场景中应用极多，例如 SSL/TLS 协议（保障网络通信安全）、磁盘加密、文件加密等。

劣势（DISADVANTAGES OF SKC）

  • 密钥分发难题（Key Distribution）：安全地在通信方之间共享秘密密钥是重大挑战（一旦密钥被截获，加密就完全失效）。
  • 可扩展性差（Scalability）：在一个有大量用户的网络中，为每一对用户管理唯一的秘密密钥会变得不切实际（比如 100 个用户，需要管理近 5000 对密钥）

常见对称加密算法

包括DES、3DES、AES、CAST、RIVEST、Blowfish、IDEA等。

  • DES（Data Encryption Standard）：是第一个用于商业应用的对称密钥算法，曾是对称加密的主流标准，但因密钥长度较短（56 位），安全性逐渐不足。
  • 3DES（Triple DES）：是 DES 的 “临时替代方案”—— 通过多次（通常三次）DES 加密来增强安全性，但效率较低。
  • AES（Advanced Encryption Standard）：是当前的 “黄金标准”，密钥长度可支持 128 位、192 位、256 位，安全性极高，在全球商业和政府应用中被广泛使用（如金融数据加密、敏感信息保护）。
  • Blowfish：是一种 64 位分组的对称加密算法，以高效、灵活著称。

一种对称分组加密：DES

DES（Data Encryption Standard）数据加密标准）是一种对称密钥加密算法，曾是全球广泛使用的加密标准，尤其在20世纪末期。

类型：对称加密算法（Symmetric Cipher）

加密单位：64 位明文 → 64 位密文（Block Cipher）

密钥长度：56 位（虽然输入是 64 位，但其中 8 位用于奇偶校验）

加密过程：对每个 64 位数据块进行 16 轮的替代（Substitution）与置换（Permutation）