一、对称密码
异或（XOR）
对象：比特序列，即01代码
方式：相同异或为0，不同异或为1。理解为相加后偶数为0，奇数为1
符号：圆圈中一个加号
规律：A异或B的结果为C，C与B异或的结果为A。即异或可抵消
密码学中：明文与密钥异或为密文，密文与密钥异或为明文
安全：密钥若为有规律、可推测的，则不安全。因此，密钥的随机性决定了其安全性
一次性密码：
密钥与明文具有相同的大小，因为对齐才能异或。且一次性密码理论上无法被破解，因为穷举后的明文结果足够多，无法判断哪一个结果是真正的明文。同时，存在保存密钥与保存明文难度等同现象，因此它的使用存在悖论（有保护密钥的功夫直接保护明文好了）。
分组密码：
只能加密固定长度的明文，如果加密的明文长度过长，就要对明文进行分组，然后迭代加密（一组一组的加密）。DES、AES均属于分组密码。
DES：
64比特明文加密成64比特密文，其中每隔7位会存在1位错误检查比特，共8位错误检查比特，因此密钥长度为56位。同时DES每次只能加密64位比特数据，如果明文更长，需要反复迭代加密（即所谓的64位一组）。
Feistel网络（主要是轮函数）
分为左右两侧，每侧32位，每次只加密（异或）左侧数据，但左右两侧可以调换，右侧的不加密保证了任何情况下的解密性。其中，加密左侧的密钥是根据右侧数据和轮函数生成的。由于每一轮都进行左右调换，所以密钥每一轮都不相同。
此特性可以使轮函数任意复杂（因为它只负责生成密钥），加密轮数任意多。
3DES：
对DES进行加密-解密-加密的过程，其中每次使用的密钥都不一样（密钥顺序为123），因此中间的解密并不是解密出了真正的明文。如此保证了3DES能够兼容DES。
解密3DES时，依次使用密钥进行解密-加密-解密即可（密钥顺序为321）。
AES：
免费的，推荐使用的，基于Rijndael加密算法。分组长度为128比特，即一次可加密128比特长度的明文（DES为64比特），密钥长度为128、192、256比特。
二、分组密码模式
当明文过长时，需要将明文进行分组（如每组长128比特），然后迭代加密，迭代方法即为分组密码的模式。
ECB（电子密码本模式）
对明文的分组按顺序进行一组一组的加密，解密时按顺序进行一组一组的解密。当分组内容小于分组长度时，需要一些特定的数据进行填充。
攻击ECB：无需破译明文，只需知道密文（分组）是什么字段就行，然后拦截并操控密文分组顺序即可，因为这样也就操控了明文分组顺序。
ECB模式也是最不安全的分组模式。
CBC（密码分组链接模式）
将前一个密文分组与当前明文分组的内容混合起来进行加密的。
加密过程：一个初始化向量与第一个明文分组异或，异或后再加密得到第一个密文分组，第一个密文分组与第二个明文分组异或，异或后再加密得到第二个密文分组……
解密过程：第一个密文分组先进行解密，解密后与一个初始化向量异或得到第一个明文分组，第二个密文分组先进行解密，解密后与第一个密文分组异或得到第二个明文分组……
特点：一旦密文发生了丢失，则造成分组错位，如此加解密失败。
安全：Padding Oracle Attack
CFB（密文反馈模式）
前一个密文分组会被送回到密码算法的输入端。
加密过程：初始化向量先进行加密，加密后与第一个明文分组异或得到第一个密文分组，第一个密文分组再进行加密，加密后与第二个明文分组进行异或得到第二个密文分组……
解密过程：初始化向量先进行加密，加密后与第一个密文分组异或得到第一个明文分组，第一个密文分组再进行加密，加密后与第二个密文分组进行异或得到第二个明文分组……
攻击CFB：重放攻击（且需要一定的条件）。
OFB（输出反馈模式）
密码算法的输出会反馈到密码算法的输入中。
加密过程：初始化向量先进行加密，加密后与第一个明文分组进行异或，得到第一个密文分组。初始化向量进行第二次加密（第一次加密的基础上再加密一次），加密后与第二个明文分组进行异或，得到第二个密文分组……
解密过程：初始化向量先进行加密，加密后与第一个密文分组进行异或，得到第一个明文分组。初始化向量进行第二次加密（第一次加密的基础上再加密一次），加密后与第二个密文分组进行异或，得到第二个明文分组……
CTR（计数器模式）
通过将逐次累加的计数器进行加密来生成密钥流的流密码。
加密过程：计数器先进行加密，加密后和第一个明文分组进行异或，得到第一个密文分组。计数器累加1，累加之后再进行加密，加密后和第二个明文分组进行异或，得到第二个密文分组……
解密过程：计数器先进行加密，加密后和第一个密文分组进行异或，得到第一个明文分组。计数器累加1，累加之后再进行加密，加密后和第二个密文分组进行异或，得到第二个明文分组……
计数器的前半部分每次加密都是不同的（若分组长度为128位的话，前半部分为64位），后半部分为累加部分，单独一次加密过程中是每次累加的。
（注意每次加密和每次加密的过程是两个概念）。
三、非对称密码
公钥加密私钥解密。先生成公私钥对，然后将公钥发送给接收者，接收者用公钥加密通信报文并发送回即可。期间即使被窃听也没关系。
RSA：
加密公式：密文=「明文的E次方」mod N（明文的E次方除以N的余数）
其中E和N的组合就是公钥（注意该组合只是公钥）
解密公式：明文=「密文的D次方」mod N（密文的E次方除以N的余数）
其中D和N的组合就是私钥（注意该组合只是私钥）
生成RSA密钥对步骤
1、求N值
N=p*q（p和q都是512比特长度的质数）
2、求L值（仅在过程中使用）
L=lcm(p-1，q-1)（p-1和q-1的最小公倍数）
3、求E值
gcd(E，L)=1（E和L互为质数）
至此可以生成密钥对中的公钥
4、求D值
（E*D）mod L =1（E和D的积数除以L的余数为1）
至此可以生成密钥对中的私钥
运算：
使用明文、E、N计算出密文并传输
使用面额、D、N计算出明文并传输
攻击难点：通过分解N推算出p和q。但尚未发现对大整数进行质因数分解的高效算法，而且也尚未证明质因数分解是否真的是非常困难的问题，甚至不知道是否存在一种分解质因数的简单方法。
其他的攻击点：中间人攻击
四、混合密码
用对称密码来加密明文（速度），用非对称密码来加密对称密码中所使用的密钥（安全）。
加密方式：分别加密后组合发送。
解密方式：先分离密文与密钥，再分别解密即可。
同时考虑密钥长度的平衡，非对称密码强度应高于对称密码强度。
五、单项散列函数
主要有：
MD4、MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512
其中：SHA-256、SHA-384、SHA-512合起来统称SHA-2。
RIPEMD-128、RIPEMD-160、RIPEMD-258、RIPEMD-320
新标准：SHA-3（基于Keccak算法，标准程度相当于AES）
SHA3-224、SHA3-256、SHA3-384、SHA3-512
安全性：
MD4、MD5为产生128比特散列值，均已不安全，存在可碰撞。
SHA-1产生160比特散列值，也是不推荐使用的，存在可碰撞。
RIPEMD-128、RIPEMD-160也不推荐使用。
推荐：
SHA-2、SHA-3算法（目前对它的支持还不是很广泛）。
特性：
弱抗碰撞性：要找到和该消息具有相同散列值的另一个消息是非常困难的（知道该消息和其散列值找另一条消息）。
强抗碰撞性：要找到散列值相同的两条不同的消息是非常困难的（知道散列值找两条消息）。
主要用于确定完整性的。
无论消息的长度有多大，单项散列函数都会计算出固定长度的散列值。
且须具备高计算速度、高抗碰撞性。
攻击：
原像攻击：给定一个散列值，找出具有该散列值的任意消息。
第二原像攻击：给定一条消息，找出另一条消息，两条消息的散列值相同。
不能解决：
不能解决伪装安全问题、只能识别出是否被篡改。
六、消息认证码(MAC)
与密钥关联的单项散列函数。可以同时解决伪装和篡改问题（完整性和真实性）。
生成：使用单项散列函数、对称（分组）密码、公钥密码等均可实现。
输入：任意长度的消息和一个发送者与接收者之间的共享密钥。
输出：固定长度的数据（MAC值）
HMAC：
任何高强度的单项散列函数都可以被用于HMAC。
1、首先填充密钥（末尾加0）使其与单项散列函数的分组长度等同。
2、填充后的密钥与ipad（16进制的36，循环达到分组长度）做异或生成ipadkey。
3、ipadkey附加在消息开头（组合），并计算组合后的散列值。
4、填充后的密钥与opad（16进制的5c，循环达到分组长度）做异或生成opadkey。
5、opadkey附加在第三步算出的散列值的开头，并计算组合后的散列值（HMAC值）。
重放攻击：
时间戳：要保证发送者和接受者的时钟必须一致，但考虑到网络延迟，必须在时间的判断上留下缓冲，因此仍有可以进行重放攻击的时间。
nonce：即一次性随机数。先发送该随机数，再将随机数包含在消息中并计算MAC值，以此便无法进行重放。
不能解决（因为是同一个密钥）：
无法对第三方证明：B向第三方C证明该消息是A发送给B的。
无法防止否认：B无法防止A否认了曾经向B发送过消息。
七、数字签名
发送方持有生成签名的密钥，接收方持有验证签名的密钥，且验证密钥无法生成签名。
即在公私钥对中，用私钥加密，用公钥解密。
用法：
1、先计算消息的散列值，再对散列值进行私钥加密，得到的即为签名。
2、消息和签名发送，用公钥对签名进行解密并做验证。
其他术语：
明文签名：不对消息进行加密，只对消息进行签名，主要用于发布消息。
密文签名：对消息进行加密和签名。
数字签名算法：
现在用于公钥算法或数字签名：RSA、ECDSA（椭圆曲线）、Rabin
现在只用于公钥算法：ElGamal
现在只用于数字签名：DSA
不能解决：
用于验证签名的公钥必须属于真正的发送者（即无法防止用于签名的公私钥对是第三方发送的）。
解决方法为使用证书。
八、证书
公钥证书记录个人信息及个人公钥，并由认证机构施加数字签名。
使用：
1、消息接收者生成公私钥对，并在认证机构注册自己的公钥，认证机构确认公钥为接收者所有，之后使用私钥（认证机构的）对公钥（接受者的）进行数字签名并生成证书。（该步骤只在第一次注册时存在）
2、发送者从认证机构获取到接收者的证书，并使用认证机构的公钥验证证书的来源（至此双方验证结束）。（该步骤只在第一次使用时存在）
3、发送者使用接收者的公钥加密消息并发送给接收者，接收者使用私钥进行解密。
公钥基础设施（PKI）：
PKI是为了能够有效的运用公钥而制定的一系列规范和规格的总称（并非某单一规范）。
PKI组成包括用户、认证机构（CA）、证书仓库。
认证机构（证书）是有层级结构的，最顶级的认证机构就是根CA。
CRL：证书作废清单。用户要定期查询认证机构最新的CRL，确认证书是否失效。
九、密钥
消息认证码的密钥与数字签名的密钥：前者是共享的（相同），后者不共享（不相同）。
机密性用途和认证用途：前者是加密数据的（对称和非对称），后者是做认证的（消息认证码和数字签名）。
会话密钥与主密钥：会话密钥是一次性的，主密钥是持久性的。
加密内容的与加密密钥的：内容加密密钥（CEK），密钥加密密钥（KEK）。
Diffie-Hellman密钥交换：
1、发送者向接收者发送两个质数P和G。其中G是和P相关的数（生成元）。
2、各生成自己的随机数：发送者（A）和接收者（B），介于1到P-2之间。（保密）
3、发送者和接收者交换值：(G的A次方) mod P值与(G的B次方) mod P值。
4、互相计算：发送者计算：((G的B次方) mod P)A mod P。接收者计算：((G的A次方) mod P)B mod P。
5、计算出的结果（密钥）是等同的。这就是共享密钥（用于对称加密算法）。
十、随机数
弱伪随机数：具备随机性。
强伪随机数：具备随机性、不可预测性。
真随机数：具备随机性、不可预测性、不可重现性。
伪随机方法：
1、杂乱法（不推荐）。
2、线性同余法（具备可推测性，不能用于密码技术）。
3、单项散列函数法。
4、密码法（AES或RSA等）。
十一、TLS协议
是由记录协议、握手协议（分为握手协议、密码规格变更协议、警告协议、应用数据协议）两层叠加而成的。
记录协议：
握手协议的下层。
负责消息的压缩、加密与数据的认证。（先对消息进行片段分割，再对每个片段进行压缩，压缩后加上消息认证码，并加上数据的认证。之后通过对称密码CBC进行加密）
握手协议：
负责生成共享密钥（进行密码通信）及交换证书（双方互相认证）。
1、ClientHello（客户端--服务器）
可用版本号、当前时间、客户端随机数、会话ID、可用密码套件、可用压缩方式等。
2、ServerHello（服务器--客户端）
使用版本号、当前时间、服务器随机数、会话ID、使用密码套件、使用压缩方式等。
3、Certificate（服务器--客户端）
证书清单。
4、ServerKeyExchange（服务器--客户端）
当Certificate不满足需求时，服务器发送该消息给客户端。
5、CertificateRequest（服务器--客户端）
服务端能够理解的证书类型清单、认证机构名称清单。
6、ServerHelloDone（服务器--客户端）
服务端问完了所有问题
7、Certificate（客户端--服务器）
客户端证书。
8、ClientKeyExchange（客户端--服务器）
对称密码的密钥、消息认证码的密钥、对称密码CBC模式中的初始化向量。
9、CertificateVerify（客户端--服务器）
证明自己确实持有客户端证书和私钥。
10、ChangeCipherSpec（客户端--服务器）
此时客户端和服务器同时切换密码。实质为密码规格变更协议。
11、Finished（客户端--服务器）
使用切换后的密码发送，握手结束。
12、ChangeCipherSpec（服务器--客户端）
使用切换后的密码发送，告知客务端已切换密码。
13、Finished（服务端--客户端）
告知客户端握手结束。
14、切换至应用数据协议
密码规格变更协议：
一开始的时候，客户端和服务器的通信是没有加密的，通过重新握手（密码规格变更协议）来再次更改密码套件，使得密码同步切换。
警告协议：
当发生错误或异常时，通知对方。
应用数据协议：
用于双方之间传输应用数据。
TLS中使用的密码技术：
| 协议 | 密码技术 | 作用 |
|---|---|---|
| 握手协议 | 公钥密码 | 加密预备主密码 |
| 单项散列函数 | 构成伪随机数生成器 | |
| 数字签名 | 验证服务器和客户端的证书 | |
| 伪随机数生成器 | 生成预备主密码、根据主密码生成密钥、生成初始化向量 | |
| 记录协议 | 对称密码（CBC） | 确保片段的机密性 |
| 消息认证码 | 确保片段的完整性并进行认证 | |
| 认证加密（AEAD） | 确保片段的完整性和机密性并进行认证 |