应用篇——密钥
無論是對稱密碼、公鑰密碼還是消息認證碼、數字簽名等密碼技術，都需要使用密鑰，那什么是密鑰？
目錄
一、密鑰介紹
密鑰分類
1）根據用途分類：
2）通過使用次數分類：
3）根據加密對象分類：
二、密鑰的管理
1.密鑰的生成
1）使用隨機數生成密鑰
2）使用口令生成密鑰
2.配送密鑰
3.更新密鑰
4.保存密鑰
5.作廢密鑰
三、簡單分析diffie-hellman密鑰交換
密鑰交換步驟
四、基于口令的密碼（PBE）
1.PBE加密過程
2.PBE解密過程
3.鹽的作用
4.生成口令的注意事項：
一、密鑰介紹
密鑰：是一種在明文轉密文或密文轉明文的算法中輸入的參數
在密鑰中，數字本身大小并不重要，重要的是密鑰的空間大小（可能出現的密鑰總數量）；因為密鑰空間越大，進行暴力破解就越困難。密鑰的空間大小是由密鑰長度決定的
- 信息的機密性，不能依賴密碼算法，而是要依賴妥善保管的密鑰?；
- 明文和密鑰的價值相等，沒有明文，密鑰就沒有價值，沒有密鑰，明文就不能保證其價值
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密鑰分類
1）根據用途分類：
對稱密鑰：加密和解密使用同一個密鑰，由于需要收發雙方要共享密鑰，因此要對除發送者和接收者之外的人保密
公鑰密鑰：加密和解密使用的是不同的密鑰，其中，公鑰加密，私鑰解密；公鑰可以公開，而私鑰只能自己持有
消息認證碼：接收者和發送和之間共享密鑰來認證，認證碼只能由持有合法密鑰的認得出；通常將消息認證碼附在報文后面，可識別消息是否被篡改或偽裝
消息認證碼也是收發雙方的合法證明，因此需要對除收發雙方以外的人保密
數字簽名：和公鑰密碼相反，私鑰用于生成簽名，公鑰用于驗證簽名
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對稱密碼和公鑰密碼是用于確保機密性的密鑰；消息認證碼和數字簽名是用于認證的密鑰
2）通過使用次數分類：
會話密鑰：每次通信只使用一次的密鑰；會話密鑰只在本次通信中有效，在下一次時，使用新的密鑰
主密鑰：一直重復使用的密鑰
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3）根據加密對象分類：
CEK（內容加密密鑰）：加密的對象是用戶直接使用的信息
KEK（密鑰加密密鑰）：用于加密密鑰
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二、密鑰的管理
1.密鑰的生成
1）使用隨機數生成密鑰
使用偽隨機數生成器來生成密鑰，需要注意：密碼學用途的偽隨機數生成器必須專門針對密碼學用途而設計（具備不可預測的性質）
2）使用口令生成密鑰
使用可記住的口令來生成密鑰（已經很少直接使用），現在都是將口令輸入單向散列函數得到的散列值作為密鑰使用
2.配送密鑰
采用事先共享密鑰、密鑰分配中心、公共密鑰、Diffie-Hellman密鑰交換等方法
3.更新密鑰
在使用共享密鑰進行同通信時，定期改變密鑰（收發雙方使用同樣的方法同時更改）
原理：使用當前密鑰散列值作為下一個密鑰
4.保存密鑰
在該密鑰需要重復使用時使用
為了使該密鑰保密，要使用另一個密鑰對其進行加密行加密（KEK）；雖然完全解決文件機密性問題，但可以減少要保管的密鑰數量（使用一個密鑰同時加密多個密鑰，因此該密鑰的價值也就等于這多個密鑰）
5.作廢密鑰
在計算機上僅是刪除文件是不夠的，因為現在有很多可以恢復誤刪文件的軟件（刪除的文件實際并沒有刪除，只是不顯示了而已）；因此要作廢密鑰時，不僅僅刪除就可以，還需要將密鑰列入CRL中
三、簡單分析diffie-hellman密鑰交換
使用該算法，通信雙方僅交換一些公開信息，就能生成共享密鑰（IPsec就使用了改良版的diffie-hellman），因此也稱為Diffie-hellman密鑰協商
密鑰交換步驟
1）Alice向Bob發送P和G這兩個質數
P必須非常大，G是P的生成元【1】；P與G不需要保密，可有收發雙方任意一方生成
2）Alice生成一個隨機數A
A是一個1~P-2之間的整數，只有Alice知道
3）Bob生成一個隨機數B
同上，只有Bob知道
4）Alice將G^A mod P發送給Bob（可公開）
5）Bob將G^B mod P 發送給Alice （可公開）
6）Alice用Bob發送來的數計算共享密鑰（Bob也用Alice發送過來的數計算密鑰）
Alice的密鑰 =（G^B mod P）^A mod P = G^A×B mod P
Bob的密鑰 = （G^A mod P）^B mod P = G^B×A mod P
由上得出Alice的密鑰=Bob的密鑰
在該交換密鑰中，最主要的是A和B，不能讓第三方知道
根據G^A mod P 求A的有效算法還未出現，該問題可稱為有限群的離散對數問題
【1】生成元：群中元素可以由最小數目個群元的乘積生成，這組群元稱為該群的生成元，生成元的數目為有限群的秩
生成元的乘方結果與1~P-1的數字一一對應
四、基于口令的密碼（PBE）
根據口令生成密鑰并使用該密鑰進行加密，其中加密與解密使用同一個密鑰
PBE算法在加密過程中并不是直接使用口令來加密，而是加密的密鑰由口令生成，這個功能由PBE算法中的KDF函數完成。KDF函數的實現過程為：將用戶輸入的口令首先通過“鹽”（salt）的擾亂產生準密鑰，再將準密鑰經過散列函數多次迭代后生成最終加密密鑰，密鑰生成后，PBE算法再選用對稱加密算法對數據進行加密，可以選擇DES、3DES、RC5等對稱加密算法
1.PBE加密過程
1）生成KEK
使用偽隨機數生成器生成稱為“鹽”（salt）的隨機數，將鹽和Alice的口令一同輸入到單向散列函數，得到的散列值就是密鑰加密密鑰（KEK）
鹽：一種抵御字典攻擊的防御機制
2）生成會話密鑰并加密
繼續使用偽隨機數生成器生成會話密鑰（CEK，用于加密消息），將（1）生成的KEK加密CEK，并將鹽和加密過的CEK保存在的安全地方，并丟棄KEK（使用鹽和口令就可以重建）
3）加密消息
使用（2）中生成的會話密鑰加密消息
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最后PBE的輸出為：鹽、KEK加密后的CEK，CEK加密后的消息
2.PBE解密過程
1）重建KEK
將鹽和口令一同輸入單向散列函數得出散列值就是KEK
2）解密會話密鑰?
將KEK加密過的CEK使用（1）得到的KEK進行解密，可得到CEK
3）解密消息
使用（2）得到的CEK解密被加密的消息
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3.鹽的作用
字典攻擊：是一種使用預先準備好的候選密鑰列表，在需要破解密碼時，使用該列表逐條對應進行匹配，可縮短大量時間的一種攻擊方式
在生成密鑰時，沒有加鹽的話；攻擊者會在事先生成大量的候選密鑰，進行匹配；如果在生成密鑰時加鹽，鹽的長度越大，候選密鑰的數量就越多（密鑰空間越大）；只要攻擊者沒有獲得鹽，就無法生成密鑰
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4.生成口令的注意事項：
1）只使用自己知道的信息
- 不要使用對自己重要的信息（生日、對象名字之類的）
- 不使用關于自己的信息（姓名、員工號、地址等）
- 不要使用別人見過的信息（星期、星座等）
2）將多個不同口令分開使用
很多人無論QQ也好、淘寶也好、電子郵箱也好都是用同一個密碼，這會造成當密碼被破解時，與自己相關的應用都會受到損害
；也不要使用只變了一部分的密碼（www123、www124、www125之類的）因為只要破解出一個，其他也很輕松被推測出來
3）密碼的局限性
隨著計算機的發展，其計算速度越來越快；因此使用暴力破解的速度也就越來越快
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總結
