密碼算法的特性
1、是否需要事先配送私鑰：對稱密碼需要考慮
2、是否會遭到中間人攻擊：非對稱密碼分發(fā)公鑰時需要考慮
3、不可抵賴（可被雙方 和 第三方 用原理證明）：非對稱密碼分發(fā)公鑰時需要考慮
4、能否保證消息的機密性：即不可破譯
5、能否保證消息的完整性（一致性）：即不可篡改
6、不可冒充（偽造）

總結：對稱密碼（解決456）--非對稱密碼之單向通信--> 混合密碼（解決1） --非對稱密碼之數(shù)字簽名--> 公鑰證書（解決23）

概念
密碼算法：加密算法 + 密鑰 + 解密算法，簡稱密碼
密鑰空間：密鑰的所有取值
隱蔽式安全性：以密碼算法不為人所知，來保證機密性
分組密碼：對明文進行分組加密，而非以全文作為輸入
流密碼：不分組，整體加密

破解密文的方法
1、竊聽 + 破譯
2、社會工程學
破解密鑰的方法
1、暴力破解（密鑰窮舉），例如破譯凱撒密碼
2、頻率分析，例如破譯簡單替換密碼
3、選擇明文攻擊（對分組進行明文窮舉）

加密系統(tǒng)的可選技術
隱寫術：將消息藏在更大的數(shù)據(jù)中，例如藏頭詩
偽隨機數(shù)生成器
散列值（摘要，哈希值，指紋）：原文經(jīng)過散列函數(shù)（摘要函數(shù)，哈希函數(shù)，雜湊函數(shù)，單向加密）計算出來的值
對稱密碼（共享密鑰密碼）：加密和解密用同一個私鑰
非對稱密碼（公鑰密碼）：公鑰加密，私鑰解密
消息認證碼
數(shù)字簽名
公鑰證書

散列函數(shù)

碰撞：兩個消息的散列值相同
弱抗碰撞性：給定一條消息，很難找到另一條消息與其散列值相同。防止以下情形，Bob持有一個消息A，計算其摘要；Alice找到與A散列值相同的另一條消息B，用B將A調(diào)包；由于摘要不變，不被Bob發(fā)覺
強抗碰撞性：很難找到兩條散列值相同的消息。防止以下情形，Alice拿兩個摘要相同的消息A和B，將A發(fā)給Bob；Bob計算其摘要；Alice再用B將A調(diào)包；由于摘要不變，不被Bob發(fā)覺
MD5（Message Digest 5）
歷史：1991年Ronald Rivest 設計出MD5
現(xiàn)狀：2004年王小云提出了MD5碰撞攻擊算法
SHA
歷史：1993年NIST發(fā)布SHA，1995年發(fā)布SHA-1，2002年發(fā)布SHA-2
現(xiàn)狀：2004年王小云提出了SHA-0的碰撞攻擊算法；2005年王小云提出了SHA-1的碰撞攻擊算法
SHA-3
歷史：2007年NIST發(fā)起選拔SHA-3，2012年Joan Daemen等人設計的Keccak算法被選定為SHA-3

隨機數(shù)

弱偽隨機數(shù)：隨機性
強偽隨機數(shù)：不可預測性
真隨機數(shù)：不可重現(xiàn)性

隨機數(shù)生成器：硬件可以通過熱噪聲實現(xiàn)真隨機數(shù)
偽隨機數(shù)生成器：軟件只能生成偽隨機數(shù)，需要一種子seed來初始化

偽隨機數(shù)算法：線性同余法、散列法、密碼法等

對稱密碼

好的對稱密碼解決：不可破譯
缺點：需要事先配送密鑰
凱撒密碼
加密算法：字母平移
密鑰：平移位數(shù)
解密算法：逆向平移
破解密鑰：窮舉可能的密鑰
簡單替換密碼
加密算法：一個字母替換成另一個字母
密鑰：替換表
解密算法：逆向替換
破解密鑰：對密文的字母 和 字母組合進行頻率分析，與通用頻率表對比；用破譯出來的明文字母，代入密文，循環(huán)分析
Enigma密碼
發(fā)明者：德國人Arthur Sherbius
加密算法：雙重加密，每日密鑰作為密鑰1，想一個密鑰2；用密鑰1加密密鑰2，得到密鑰2密文；用密鑰2加密消息；將密鑰2密文和消息密文一起發(fā)出
密鑰：密鑰冊子記錄的每天不同的密鑰
解密算法：用每日密鑰解密密鑰2密文，得到密鑰2；用密鑰2解密消息密文
破譯者：Alan Turing 圖靈

DES密碼（Data Encryption Standard）
歷史：1974年IBM公司的Horst Feistel開發(fā)出了Lucifer密碼，1977年被美國國家標準學會（American National Standards Institute，ANSI）確定為DES標準
加密算法：以64比特為一組，進行16輪運算。在一輪中，把一組分為左側和右側，并從密鑰中提取子密鑰；輪函數(shù)用一側和子密鑰生成一個比特序列，用這個比特序列對另一側進行異或運算（XOR）
密鑰：長度56位
破譯：可在現(xiàn)實時間內(nèi)被暴力破解

三重DES密碼（triple-DES，TDEA，3DES）
加密算法：將DES重復三次
密鑰：長度 56 * 3

AES密碼（Advanced Encryption Standard）
歷史：1997年，美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）公開募集AES，2000年比利時密碼學家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen提交的Rijndael方案，被選為標準
加密算法：以128比特為一組，進行多輪的替換、平移、矩陣運算
密鑰：有128,192,256三種長度

分組密碼的迭代模式
ECB模式：Electronic CodeBook mode，電子密碼本模式；明文分組 和 密文分組 順序?qū)Ｖ鲃庸粽呖梢愿淖兠芪姆纸M的順序，復制 或 刪除密文分組，使得接受者解密后得到錯誤的明文
CBC模式：Cipher Block Chaining mode，密碼分組鏈接模式；將本組明文 和 上組密文 進行異或運算后，在進行加密；如果被篡改，則不能正常解密
CFB模式：Cipher Feedback mode，密文反饋模式；將本組明文 和 上組密文 進行異或運算后，就得到本組的密文
OFB模式：Output Feedback mode，輸出反饋模式；用隨機比特序列作為初始化組（初始化向量）；用初始化組的密文和 明文分組 異或運算，得到密文分組；再次對初始化組密文進行加密運算，得到新的初始化組密文，跟下組明文進行異或運算，以此類推
CTR模式：CounTeR mode，計數(shù)器模式；用隨機比特序列作為計數(shù)器的初始值，加密后與明文分組進行異或操作，得到密文分組；計數(shù)器加一，對下組明文進行加密

消息認證碼（Message Authentication Code，MAC）（對稱加密 + 散列函數(shù)）

對稱密碼中，發(fā)送方發(fā)送密文時，帶上消息的MAC值A；接收方用相同方法計算出MAC值B；對比A和B，確保消息不被篡改
Encrypt-then-MAC：MAC值為消息密文的散列值
Encrypt-and-MAC：MAC值為消息明文的散列值
MAC-then-Encrypt：MAC值為明文散列值的密文

重放攻擊：攻擊者竊聽到Alice給Bob發(fā)送的消息后，重復給Bob發(fā)送，Bob以為都是Alice發(fā)的
預防重放攻擊：消息里帶有一個id

比對稱密碼：不可篡改、不可偽造
缺點：需要實現(xiàn)配送私鑰

基于口令的密碼

基于口令的密碼：Password Based Encryption，PBE
解決：密鑰（會話密鑰）保存問題
CEK：會話密鑰
KEK：用來加密CEK的密鑰
方案
1、隨機數(shù)作為鹽salt，口令 + 鹽 的散列值作為KEK
2、用KEK加密CEK，得到CEK密文
3、只保存鹽和CEK密文，人腦記住口令，丟棄KEK

字典攻擊：如果沒有鹽參與生成KEK，那么口令決定了KEK，常用的口令對應一個常用KEK字典，攻擊者直接拿常用KEK去解密CEK密文
鹽的作用：KEK由鹽參與形成，不可能有KEK字典包含這樣的KEK

非對稱密碼 之 單向通信（公鑰加密，私鑰解密）

非對稱密碼單向通信，不能單獨用于通信，只用在混合密碼中
方案：Alice 給 Bob 分發(fā)加密密鑰（公鑰）；Bob用公鑰加密消息，發(fā)送給Alice；Alice用解密密鑰（私鑰）解密
總結：消息接收者是密鑰對主人，即私鑰持有人；公鑰用于加密，私鑰用于解密

RSA密碼
歷史：1978年，Ron Rivest、Adi Shamir、Reonard Adleman共同發(fā)表了RSA
加密算法：密文 = 明文^E mode N
公鑰：E 和 N的組合
解密算法：明文 = 密文^D mode N
私鑰：D 和 N的組合

生成密鑰對
生成質(zhì)數(shù)：用偽隨機數(shù)生成隨機數(shù)，通過Miller-Rabin測試法測試它是不是質(zhì)數(shù)，直到得到質(zhì)數(shù)
求最大公約數(shù)：歐幾里得的輾轉(zhuǎn)相除法
1、求N
生成兩個512位的質(zhì)數(shù)p和q，N = p * q
2、求L
L是p-1 和 q-1 的最小公倍數(shù)
3、求E
用偽隨機數(shù)生成(1,L)范圍內(nèi)的隨機數(shù)，直到滿足E和L的最大公約數(shù)為1
4、求D
用偽隨機數(shù)生成(1,L)范圍內(nèi)的隨機數(shù)，直到滿足(E * D) mod L = 1

破解：對N進行質(zhì)因數(shù)分解，得到p和q，從而求出D。但是對大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解，未有快速有效的方法

混合密碼（消息認證碼 + 非對稱密碼）

首次通信為混合密碼，后續(xù)通信為對稱密碼
比消息認證碼：無需事先配送私鑰
總體思路：Bob 用會話密鑰加密消息，用Alice的公鑰加密會話密鑰，一起發(fā)給Alice；Alice用私鑰解密會話密鑰，用會話密鑰解密消息
會話密鑰：用來加密消息的 對稱密碼的密鑰
1、Alice 給 Bob 發(fā)送公鑰
2、Bob隨機生成會話密鑰，用會話密鑰加密消息，得到消息密文
3、Bob用公鑰加密會話密鑰，得到會話密鑰密文
4、Bob將會話密鑰密文和消息密文一起發(fā)給Alice
5、Alice用私鑰解密會話密鑰，再用會話密鑰解密消息
6、雙方都有了會話密鑰，從此以后，可以用對稱密碼通信了，帶上消息認證碼

缺點：分發(fā)公鑰時，可能遭受中間人攻擊；Alice可能對給Bob發(fā)送公鑰這件事進行抵賴
中間人攻擊：中間人從一開始Alice向Bob發(fā)放公鑰時，就攔截了消息，得到Alice的公鑰；然后偽裝成Alice，向Bob發(fā)送自己的公鑰；從而Bob打算發(fā)給Alice的消息，能被中間人解密

非對稱密碼 之 數(shù)字簽名（私鑰加密，公鑰解密）（非對稱加密 + 摘要）

不能單獨用于通信，只用在公鑰證書中
明文簽名：Alice用簽名密鑰（私鑰）加密消息的摘要，把摘要密文和消息明文一起發(fā)給Bob；Bob解密摘要密文，得到摘要A；算出明文摘要B，對比A和B
總結：私鑰用于加密，公鑰用于解密，與 非對稱加密之單向通信，剛好反過來

公鑰證書（混合密碼 + 數(shù)字簽名）

公鑰證書：Public-Key Certificate，PKC，簡稱證書
認證機構：Certification Authority，CA
證書標準：國際電信聯(lián)盟ITU 和 國際標準化組織ISO指定的X.509標準
流程：
1、Alice在CA登記
2、CA生成Alice的證書明文，包含Alice登記的信息、Alice的公鑰、CA信息
3、CA用自己的私鑰加密證書明文部分，得到數(shù)字簽名
4、證書明文部分 和 數(shù)字簽名 組成PKC，頒發(fā)給Alice
5、Bob向Alice獲取這個PKC，拿本地已有的CA公鑰去驗證證書，就得到了可信的Alice的公鑰
6、從此Alice 和 Bob之間可以進行混合密碼通信

首次通信為從CA獲取PKC，后續(xù)通信為混合密碼
比混合密碼：防止了中間人攻擊；CA不能抵賴自己的證書

SSL/TLS協(xié)議

歷史：1994年網(wǎng)景公司設計出SSL，2014年SSL 3.0被發(fā)現(xiàn)安全漏洞，1999年IEIF發(fā)布TLS
TLS（Transport Layer Security）是SSL（Secure Socket Layer）的后續(xù)版本，在tcp和http之間加一層TLS，就是https
OpenSSL：OpenSSL是實現(xiàn)SSL/TLS協(xié)議的工具包
以https為例
0、瀏覽器安裝時，存有幾個CA公鑰；服務器在CA登記，拿到證書
1、瀏覽器訪問一個https地址，服務器返回自己的證書
2、瀏覽器根據(jù)證書上的CA信息，拿對應的CA公鑰驗證證書，得到可信的服務器公鑰
3、瀏覽器生成對稱密碼的密鑰（會話密鑰），用服務器公鑰加密后發(fā)給服務器
4、服務器解密后得到會話密鑰，從此用對稱密碼通信，帶上消息認證碼

生成證書 與 轉(zhuǎn)換證書

1、生成JKS證書：keytool -genkeypair -alias "別名" -keyalg "RSA" -keystore "D:\app.jks"
2、將JKS轉(zhuǎn)換成PKCS12：keytool -importkeystore -srckeystore D:\app.jks -destkeystore D:\app.p12 -deststoretype pkcs12
3、將PKCS12轉(zhuǎn)成pem：openssl pkcs12 -in ./app.p12 -out app.pem
4、提取加密后的私鑰：將pem中 “—–BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY—–” 至 “—–END ENCRYPTED PRIVATE KEY—–” 的內(nèi)容拷貝出來，保存為ciphertext.key
5、將密文私鑰轉(zhuǎn)成明文私鑰：openssl rsa -in ciphertext.key -out plaintext.key

.jks（Java Key Storage）：二進制格式，包含證書和私鑰，有密碼保護
.pfx 或 .p12（Predecessor of PKCS#12）：二進制格式，包含證書和私鑰，有密碼保護
.pem（Privacy Enhanced Mail）：文本格式，包含證書，可包含私鑰，私鑰有密碼保護
.der 或 .cer：二進制格式，只包含證書
.crt（Certificate）：可以是der格式，也可以是pem格式，只包含證書

阿里云

SSL證書：SSL證書必須綁定域名，不能綁定IP
加密服務、密鑰管理服務