數(shù)據(jù)加密和解密概述
傳輸層協(xié)議：TCP，UDP，SCTP
port：進程地址，進程向內(nèi)核注冊使用某端口（獨占）
同一主機上的進程間通信：IPC， message queue, shm, semerphor
不同主上的進程間通信：socket
client ip:port <-- --> service ip:port
clentip:55673 <-- --> service ip:80
監(jiān)聽模式：LISTEN （ip:port）
安全的目標：
- 保密性：confidentiality，確保通信信息不被任何無關的人看到
- 完整性：integrity，實現(xiàn)通信雙方的報文不會產(chǎn)生信息丟失
- 可用性：availability，通信任何一方產(chǎn)生的信息應當對授權(quán)實體可用
攻擊類型：
- 威脅保密性的攻擊：竊聽、通信量分析；
- 威脅完整性的攻擊：更改、偽裝、重放、否認
- 威脅可用性的攻擊：拒絕服務（DoS）
解決方案
技術（加密和解密）、服務（用于抵御攻擊的服務，也即是為了上述安全目標而特地設計的安全服務）
加密和解密
- 傳統(tǒng)加密方法：替代加密方法、置換加密方法
- 現(xiàn)代加密方法：現(xiàn)代塊加密方法
服務
- 認證機制
- 訪問控制機制
密鑰算法和協(xié)議
- 對稱加密
- 公鑰加密
- 單向加密
- 密鑰交換
Linux系統(tǒng)上述功能解決方案：OpenSSL(ssl)，GPG(pgp)
GPG是gpg協(xié)議的實現(xiàn)，OpenSSL是ssl協(xié)議和加密加密庫的實現(xiàn)
加密算法和協(xié)議：
對稱加密：
加密和解密使用同一個密鑰
DES：Data Encryption Standard，數(shù)據(jù)加密標準
3DES：Triple DES，DES的增強版，比DES多3個數(shù)量級
AES：Advanced Encryption Standard，高級加密標準 (128bits, 192bits, 256bits, 384bits)
商業(yè)：Blowfish，Twofish，IDEA，RC6，CAST5
特性：
- 加密、解密使用同一個密鑰
- 將原始數(shù)據(jù)分割成為固定大小的塊，逐個進行加密
缺陷：
- 密鑰過多
- 密鑰分發(fā)困難
公鑰加密
密鑰分成公鑰和與之配對的私鑰
公鑰：從私鑰中提取產(chǎn)生；可公開給所有人；pubkey
私鑰：通過工具創(chuàng)建，使用者自己留存，必須保證其私密性；secret key；
特點：用公鑰加密的數(shù)據(jù)，只能使用與之配對兒的私鑰解密；反之亦然；
用途：
- 數(shù)字簽名：主要在于讓接收方確認發(fā)送方的身份
- 密鑰交換：發(fā)送方用對方公鑰加密一個對稱密鑰，并發(fā)送給對方
- 數(shù)據(jù)加密：這種直接使用公鑰加密算法來實現(xiàn)通信時數(shù)據(jù)的保密性的方式并不常用，因為這種方式要比使用對稱加密慢上3個數(shù)量級，不推薦。
算法：
RSA：名稱由RSA三個提出者(Ron Rivest, AdiShamir, Leonard Adleman)的姓氏首字母組合而成，這種算法的可靠性由對極大整數(shù)做因數(shù)分解的難度決定；RSA既能實現(xiàn)數(shù)字簽名，又能實現(xiàn)加解密。
DSA：Digital Signature Algorithm，即數(shù)字簽名算法，又稱DSS(Digital Signature Standard, 數(shù)字簽名標準)；DSA僅能實現(xiàn)數(shù)字簽名，不能用于加解密。
單向加密
即提出數(shù)據(jù)指紋，只能加密，不能解密
特性：
定長輸出：提取出來的數(shù)據(jù)量是定長的，與進行加密的數(shù)據(jù)的量無關
雪崩效應：初識條件的微小改變會引起加密結(jié)果的巨大變化
功能：用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的驗證
算法：
md5：Message Digest 5，即信息摘要，'5'是版本號；取出的特征碼定長為128bits
sha1：Secure Hash Algorithm 1，即安全哈希算法，'1'是版本號；取出的特征碼定長為160bits
sha224：secure hash algorithm,224bits
sha256：secure hash algorithm,256bits
sha384：secure hash algorithm,384bits
sha512：secure hash algorithm,512bits
注意：CentOS 5用戶密碼加密使用的是md5，CentOS 6/7用戶密碼加密使用的是sha512.
密鑰交換： IKE（Internet Key Exchange）
- 公鑰加密：常見的算法有RSA等
- DH（Deffie-Hellman）：Deffie-Hellman(迪菲-赫爾曼)算法
- 其他用于實現(xiàn)密鑰交換的算法有：ECDH(橢圓曲線DH)、ECDHE(臨時橢圓曲線DH)等
一般的過程：
1.Alice生成隨機自然數(shù)a、隨機大質(zhì)數(shù)p和原根g；
2.Alice計算，計算結(jié)果為A，并把p,g,A發(fā)送給Bob；
3.Bob生成隨機自然數(shù)b，根據(jù)Alice發(fā)過來的p,g，計算，計算結(jié)果為B；
4.Bob把B發(fā)送給Alice，并計算，計算結(jié)果為K；而Alice計算，計算結(jié)果也為K；
5.Alice和Bob以K值作為密鑰進行通信。
一次加密通信的過程
加密和發(fā)送過程：
1、當發(fā)送方Alice有數(shù)據(jù)要發(fā)送給Bob時，為了確保數(shù)據(jù)能夠完整地發(fā)送至Bob，首先需要使用單向加密算法去計算出這段要發(fā)送的數(shù)據(jù)的特征碼；
2、為了便于Bob收到數(shù)據(jù)之后可驗證身份，發(fā)送方Alice使用本地私鑰加密這段特征碼，并將加密后的特征碼附加在數(shù)據(jù)后面；
3、為了確保通信過程是保密的，發(fā)送方Alice生成一個臨時的對稱密鑰，并使用這個對稱密鑰加密整段數(shù)據(jù)；
4、發(fā)送方Alice獲取Bob的公鑰，再使用Bob的公鑰加密來加密剛才生成的臨時的對稱密鑰，并把加密后的對稱密鑰附加在整段加密數(shù)據(jù)后面，而后發(fā)送給Bob。
接收和解密過程：
1、接收方Bob收到數(shù)據(jù)之后，先使用自己的私鑰去解密這段加密過的對稱密鑰(由Alice生成)；
2、接收方Bob用解密得到的對稱密鑰去解密整段（發(fā)送方用對稱密鑰）加密的內(nèi)容；此時接收方Bob得到Alice發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)和加密后的特征碼；
3、接收方Bob用對方Alice的公鑰去解密這段特征碼，如果能解密出來，則發(fā)送方的身份得到驗證（沒錯，就是Alice發(fā)送的）；
4、接收方Bob再用同樣的單向加密算法去計算這段數(shù)據(jù)的特征碼，與解密得到的特征碼進行比較，如果相同，則數(shù)據(jù)完整性得到驗證，否則說明數(shù)據(jù)有可能被篡改或被破壞。
PKI：Public Key Infrastructure（公鑰基礎設施）
- 簽證機構(gòu)：CA，負責簽署證書
- 注冊機構(gòu)：RA，負責接收簽署證書的申請
- 證書吊銷列表：CRL，負責公開所有已經(jīng)吊銷的證書
- 證書存取庫：CR，負責將公開所有已申請的證書的相關信息
證書
為了統(tǒng)一數(shù)字證書的格式，國際電信聯(lián)盟（ITU-T）制定了數(shù)字證書標準--X.509，即數(shù)字證書的格式遵循X.509標準。在X.509v3版本中，定了數(shù)字證書的結(jié)構(gòu)以及認證協(xié)議標準。
版本號，序列號，簽名算法ID，發(fā)行者名稱，有效期限，主體名稱，主體公鑰，
發(fā)行者的惟一標識，主體的惟一標識，發(fā)行者的簽名
數(shù)字證書授權(quán)機構(gòu)--CA
前面的加密通信過程中能夠保證通信過程的保密性、通信數(shù)據(jù)的完整性，但這是以雙方(Alice和Bob)能夠在此之前可靠地獲取對方的公鑰為前提的。如果不能保證能夠可靠獲取對方公鑰，那么就有可能出現(xiàn)中間人攻擊（Man-in-the-middleattack，縮寫：MITM）。假設這個中間人是Eve，Eve就可以分別與Alice和Bob建立聯(lián)系，而這時Alice獲取的是“假的”Bob公鑰，而Bob獲取的是“假的”Alice公鑰；這時候Alice和Bob在毫不知情的情況下進行通信，但其實他們之間數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是經(jīng)由Eve的。
上述的通信過程中缺失的一環(huán)在于通信雙方不能保證可靠地獲取對方的公鑰，因此，為了保證可靠地獲取通信對方的公鑰，于是就有了數(shù)字證書認證機構(gòu)(CertificateAuthority，縮寫：CA)。CA就是為了能夠保證通信雙方能夠可靠獲取對方的公鑰，而特地設定的一個雙方公信的第三方可信機構(gòu)。
為了避免出現(xiàn)上述一環(huán)的缺失，Alice和Bob可向公信的CA申請有效的證書，并由CA分別頒發(fā)給Alice和Bob，其中這個證書中的信息包括了證書擁有者的名稱、公鑰、證書的有效期等信息，而CA還會提取證書中信息的特征碼，并用CA自己的私鑰進行加密，再把加密后的特征碼附加在證書中最后面。此后，當雙方通信時，Alice和Bob雙方都把自己的證書發(fā)給對方，并都分別使用CA的公鑰去解密證書中的特征碼，如果能解密，則說明證書的確由他們所信任的CA機構(gòu)所頒發(fā)；接著使用同樣的單向加密算法去提取證書中信息的特征碼，與解密出來的特征碼進行比較，如果兩者相同，說明證書內(nèi)容完整，沒有被篡改或破壞，而對方的證書中就有對方的公鑰。
但這又引入了一個問題，Alice和Bob如何可靠地獲取CA的呢?顯然，不能基于網(wǎng)絡通信的方式獲取CA的公鑰（一切基于網(wǎng)絡的傳輸都是不可靠的），而應該當面交易。全球有多個CA機構(gòu)，這些CA的數(shù)量是有限、基本固定的；它們彼此之間存在互信鏈，也就是說CA的信任關系是可以傳遞的。為了管理方便，全球有一個根CA，它與其他CA是從屬關系。
為了解決通信主機能夠可靠獲取CA的公鑰，CA需要自簽一份證書，就是CA自簽名證書，在證書信息中包括了CA的名稱、CA的公鑰等，通信主機（這里是Alice和Bob）需要獲取CA證書，這樣才能獲取CA公鑰以及其他的CA信息，并能通過CA證書來驗證其他通信主機的證書是否可靠。CA證書的獲取需要通過當面交易來實現(xiàn)，而微軟公司直接在windows操作系統(tǒng)上集成了在全球具有公信力的CA證書，但在Linux中一般不內(nèi)置CA證書，需要自己通過可靠手段獲取。
雖然通過上述手段可以極大地保證通信過程的安全性，但仍然存在問題，例如在這整個通信過程中使用的某種算法出現(xiàn)漏洞依然不夠安全。
上述的通信過程中缺失的一環(huán)在于通信雙方不能保證可靠地獲取對方的公鑰，因此，為了保證可靠地獲取通信對方的公鑰，于是就有了數(shù)字證書認證機構(gòu)(CertificateAuthority，縮寫：CA)。CA就是為了能夠保證通信雙方能夠可靠獲取對方的公鑰，而特地設定的一個雙方公信的第三方可信機構(gòu)。
CA如何在A和B通信之間發(fā)揮作用？
基本過程：
1、首先，在A和B通信之前需要互相發(fā)送證書；
2、A和B之間協(xié)商通信過程中要使用的加密算法（對稱加密、公鑰加密、單向加密、密鑰交換）；
3、開始驗證證書
1)用CA的公鑰去解密CA的簽名，如果能解密，則說明證書來源可靠；
2)用同樣的單向加密算法計算出證書中信息的特征碼，與解密得到的特征碼進行比較；如果兩者相同，則說明證書完整性可靠；
3)檢查證書的有效日期是否在當前時間的合理范圍內(nèi)；如果證書過期了則不會被認可；
4)檢查證書的主體名稱與期望通信的對方是否一致；如果不一致則不會被認可；
5)檢查證書是否被吊銷過；如果沒有吊銷則可使用該證書，否則證書不會被認可。
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