密码学总体介绍与分析 1

密码学大致加密算法可以分为两种，

• 一种是对称加密(Symmetric cryptograthy)，
• 另一种是非对称加密(Asymmetric cryptography) 第二种也叫公钥加密(Public-Key Cryptography)

两者的区别是是否使用了相同的秘钥。对称加密使用相同秘钥，非对称加密使用两种秘钥。

对称加密代表有 “三重DES”和“AES”，非对称加密代表有 RSA、ElGamal算法加密、椭圆曲线加密等 .

相对于对称密码加密解密采用相同的密码，非对称密码加密采用的是不同的秘钥，公钥和私钥是成对出现的，公钥加密的信息只有相应的私钥才能解密。

• 非对称加密，就是向大家派发锁(公钥)，大家可以通过锁对信息加密，锁是公开的，丢了也无所谓，但钥匙(私钥)只有一把，归信息的接收者所有
• 对称加密好比大家用相同的锁对信息加密，加密双方都拥有相同的钥匙，钥匙(秘钥)丢了，锁(明文信息)就被别人打开了

非对称加密流程

1. 接收方生成公钥私钥对，私钥由接收方保管
2. 接收方将公钥发送给发送方
3. 发送方通过公钥对明文加密，产生密文
4. 发送方向接收方发送密文
5. 接收方通过私钥解密密文，得到明文

缺点是无法解决公钥认证问题，可能被中间人伪造公钥

RSA

RSA加密存在的问题：

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• 效率慢，因此在工业场景下，往往是通过非对称加密配送秘钥、对称加密加密明文的混合加密方式，如著名的SSL
• 公钥认证问题难，消息发送方无法确认公钥的身份问题
• 无法避免中间人攻击，可能被人在中间劫持后发送一个伪造的公钥，此公钥加密后的密文可以被劫持者解密，之后所有的密文对劫持者都是透明的
• 选择密文攻击，即通过不断的发送请求，分析请求的反馈，猜测秘钥和明文
• 密码劣化，随着算力的提升，密码的安全性下降

其他非对称加密算法：

• ECC (Elloptic Curve Cryptography) 椭圆曲线密码
• ElGamal 
• Rabin

混合密码系统

对称加密和非对称加密的结合，由于对称加密算法速度快、强度高，而非对称加密算法效率低，但能解决秘钥配送问题，

因此可以通过非对称加密配送对称秘钥，再采用对称秘钥用来加密的方式，实现网络的秘钥配送和通信加密。

单向散列

单向散列是为了保证消息的完整性，防止信息被篡改的一项技术。

特点:

• 无论消息长度，计算出的长度永远不变
• 快速计算
• 消息不同，散列值不同，需要具有抗碰撞性 Collision Resistance

            -弱抗碰撞性：给定散列值，找到和该消息具有相同散列值的另一条消息是困难的

            -强抗碰撞性：任意散列值，找到散列值相同的两条不同的消息是困难的

• 具有单向性 one-way，不可由散列值推出原消息

单向散列算法

• MD(Message Digest)

MD 散列算法分为 MD4, MD5 两套算法，都可计算出 128 bits 的散列。MD 系列算法已经被中国科学家王小云破解（可于有限时间内找出碰撞）。

• SHA(Secure Hash Algorithm)

      SHA 是单向散列算法的一个标准的统称，其下又分为 SHA-1, SHA-2, SHA-3 三套算法。

1. 其中 SHA-1 可生成 160 bit 散列值，已被攻破（由王小云、姚期智联手破解），不推荐使用。
2. SHA-2 可生成不同长度的散列，如 256 bits (SHA-256), 384 bits (SHA-384), 512 bits (SHA-512)，同时对输入的消息长度存在一定限制，SHA-256 上限接近于 $2^{64}-1$ 比特，SHA-384、SHA512 则接近于 $2^{128}-1$ 比特。
3. SHA-3，是 2012 年被采用的最新标准，采用了 Keccak 算法。

            Keccak 算法的优点：

1.  采用与 SHA2 完全不同的结构
2.  结构清晰，易于分析
3.  适用于各种硬件，性能优越
4.  可生成任意长度
5.  对消息长度无限制
6.  可采用双工结构，输入同时输出，提升效率

MD4,5, RIPEMD, RIPEMD-160, SHA-1, SHA-2 均采用 MD 结构（Merkle-Damgard construction）

对散列的攻击

• 暴力破解，冗余碰撞
• 生日攻击，针对强抗碰撞性

Reference: https://www.jianshu.com/p/a8070920810d