基于PKI機(jī)制的公鑰加密體系研究

1、 基于PKI機(jī)制的公鑰加密體系研究摘要：目前，internet已成為全球最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)覆蓋150多個(gè)國家和地區(qū)，連接了萬多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，220萬臺(tái)主機(jī)。如何保證網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交換信息的安全性已成為電子商務(wù)以及信息安全領(lǐng)域研究的主要課題。pki(pubickeylnfrastructure，公共密鑰基礎(chǔ))技術(shù)，即提供公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)的綜合系統(tǒng)，為不同的用戶按不同安全需求提供多種安全服務(wù)，較好地為這一課題提供了解決方案。本文主要對(duì)pki基礎(chǔ)技術(shù)、通用加密算法，公鑰加密體系等作了詳細(xì)的論述。 關(guān)鍵詞：pki；公鑰加密；哈希函數(shù)；認(rèn)證權(quán)成：rsa算法 前言：公鑰加密體系是密碼學(xué)上的一個(gè)重要里程碑。公

2、鑰加密的主要特點(diǎn)是加密和解密不需要用同一個(gè)鑰匙。在公鑰加密體系中，密鑰論“對(duì)”，一個(gè)稱為“公鑰”，一個(gè)稱為“私鑰”。公鑰和私鑰互為“逆運(yùn)算”，即用公鑰加密的東西只有用它對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密，而用私鑰加密的東西也只有用它對(duì)應(yīng)的公鑰才能正確解密。公鑰要廣為傳播，越廣泛越好；私鑰為個(gè)人所有，越秘密越好。而且，令人驚奇的是，公鑰的廣泛傳播并不會(huì)影響私鑰的秘密性，即公鑰和私鑰之間幾乎沒有什么相關(guān)性，由公鑰推出私鑰的可能性幾乎為零。 1 pki理論 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施pki 提供公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)的綜合系統(tǒng)稱做一個(gè)公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(簡(jiǎn)稱pki)。建立公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的目的是管理密鑰和證書。通過pki對(duì)密鑰和證書的管理

3、，一個(gè)組織可以建立并維護(hù)可信賴的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。pki能夠使加密和數(shù)字簽名服務(wù)應(yīng)用在廣泛的應(yīng)用中。LOcAlHosT 認(rèn)證權(quán)威ca 在證書創(chuàng)建過程中，ca在pki中扮演可信任的代理商角色。只要用戶相信一個(gè)ca及其發(fā)行和管理證書的商業(yè)策略，用戶就能相信由該ca頒發(fā)的證書，這被稱做第三方信任。 ca為用戶創(chuàng)建證書并在證書上簽署包含下面信息的數(shù)據(jù)集合。 (1)以甄別名稱(簡(jiǎn)稱dn)形式出現(xiàn)的用戶名。dn指定了用戶的名字和能夠唯一標(biāo)識(shí)用戶的任何屬性(例如，dn可能包含用戶的雇員號(hào)碼) (2)用戶的公鑰。其他人用它為該用戶加密信息或驗(yàn)證該用戶的數(shù)字簽名。 (3)證書的有效期(或生命期)。這里包括開始日期和結(jié)束

4、日期。 (4)使用公鑰進(jìn)行的具體操作(是加密數(shù)據(jù)還是驗(yàn)證簽名，或者兩者都有)。 (5)在證書上的ca的簽名保證了證書的內(nèi)容不被篡改。 2 通用加密算法 對(duì)稱算法 對(duì)稱算法，也稱密鑰算法，通常使用40256位的密鑰。一般說來，對(duì)稱算法使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密。一個(gè)好的對(duì)稱算法的安全性在于密鑰的安全性。在對(duì)稱加密算法中，數(shù)據(jù)發(fā)信方將明文(原始數(shù)據(jù))和加密密鑰一起經(jīng)過特殊加密算法處理后，使其變成復(fù)雜的加密密文發(fā)送出去。收信方收到密文后，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同算法的逆算法對(duì)密文進(jìn)行解密，才能使其恢復(fù)成可讀明文。在對(duì)稱加密算法中，使用的密鑰只有一個(gè)，發(fā)收信雙方都使用這個(gè)密鑰對(duì)數(shù)

5、據(jù)進(jìn)行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對(duì)稱加密算法的特點(diǎn)是算法公開、計(jì)算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對(duì)用戶每次使用對(duì)稱加密算法時(shí)，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會(huì)使得發(fā)收信雙方所擁有的鑰匙數(shù)量成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，密鑰管理成為用戶的負(fù)擔(dān)。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(des) 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(des)是到目前為止最有名的加密算法，使用了ansi利用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定的對(duì)稱密鑰加密法，ansi于1981年制定了對(duì)此種加密方法進(jìn)行了規(guī)定：需要使用56位的密鑰和密碼塊方式，即將文本按64位大小分成若干份，然后對(duì)它們進(jìn)行加密。 哈希函數(shù) 一個(gè)哈

6、希是一段數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)上的概要。它有一定的長(zhǎng)度。它是數(shù)據(jù)的唯一的“數(shù)字指紋”。即使數(shù)據(jù)的一個(gè)bit變了，它的哈希碼會(huì)發(fā)生巨大的變化。哈希函數(shù)的強(qiáng)度在于它是一個(gè)單向函數(shù)。換句話說，如果我們有一個(gè)輸入文件，可以很容易地得到它的哈希碼，但反過來，如果我們有一個(gè)哈希碼，要得到它的原來的輸入文件非常困難。 信息摘要md5 md5處理512位的輸入數(shù)據(jù)塊，產(chǎn)生固定的128位的信息摘要。盡管md5是一個(gè)快速的哈希函數(shù)，但它的哈希結(jié)果的長(zhǎng)度被今天的標(biāo)準(zhǔn)看作是最小的。 安全哈希算法sha 安全哈希算法是由nist和nsa共同開發(fā)的用于數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)(dss)的哈希算法。盡管sha的設(shè)計(jì)基于md4，但它的細(xì)節(jié)從沒公開過

7、。在這種情況下，人們?nèi)匀徽J(rèn)為sha比md4和md5安全的多。一個(gè)原因就是5ha產(chǎn)生160位的信息摘要而不是128位。這極大地增加了強(qiáng)力攻擊的難度。 3 公鑰加密體系 公鑰加密體系加解密過程 非對(duì)稱加解密(即公鑰加密體系)使用兩把完全不同但又是相互匹配的密鑰一公鑰和私鑰。發(fā)信方和接受方接收方相互通訊，發(fā)信方必須首先得到收信方的公鑰，然后利用收信方的公鑰對(duì)明文加密：收信方收到加密密文以后，使用自己的私鑰解密密文。顯然，采用不對(duì)稱加密算法，收發(fā)信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機(jī)生成的公鑰送給發(fā)信方，而自己保留私鑰。廣泛應(yīng)用的不對(duì)稱加密算法有rsa算法和美國國家標(biāo)準(zhǔn)局提出的dsa。 對(duì)稱加密與

8、公鑰加密體系結(jié)合 把對(duì)稱加密和公鑰加密體系結(jié)合起來，我們可以得到一個(gè)新的體系，它能夠提供保密性和訪問控制。我們可以用對(duì)稱加密來加密海量數(shù)據(jù)，然后用公鑰加密算法把對(duì)稱加密密鑰加密起來。這樣就兼具有了對(duì)稱加密和公鑰加密二者的長(zhǎng)處。如果我們想給多個(gè)人發(fā)送，我們只須把一個(gè)對(duì)稱密鑰為每個(gè)人加密一下。 假設(shè)a有一個(gè)文件想發(fā)給b，讓我們來考慮整個(gè)過程： (1)a用她的客戶端應(yīng)用軟件選定b來作為接收者。應(yīng)用軟件從一個(gè)含有所有人的公鑰的路徑下獲得b的公鑰。 (2)a產(chǎn)生一個(gè)一次性使用的對(duì)稱密鑰，來把文件加密。 (3)用b的公鑰把這個(gè)對(duì)稱密鑰加密。這意味著只有bob能解開該密鑰。 (4)寫出要輸出的文件，它包括暗

9、文及加密的對(duì)稱密鑰。 再看b在接收端的過程： (1)b的應(yīng)用程序確定這個(gè)文件是發(fā)給他的。 (2)b用他的私鑰把加密過程中產(chǎn)生的對(duì)稱密鑰解開。 (3)用對(duì)稱密鑰把密文解密。 (4)把解密出來的內(nèi)容寫成文件。 哈希函數(shù)與公鑰加密體系結(jié)合 把哈希函數(shù)和公鑰加密算法結(jié)合起來，能提供一個(gè)方法來保證數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。完整性檢查保證數(shù)據(jù)沒有被改變，真實(shí)性檢查保證數(shù)據(jù)真是由產(chǎn)生這個(gè)哈希值的人發(fā)出的。把這兩個(gè)機(jī)制結(jié)合起來，就是所謂的“數(shù)字簽名”。數(shù)字簽名的過程的第一步是產(chǎn)生一個(gè)我們想簽名的數(shù)據(jù)的哈希值。第二步是把這個(gè)哈希值用我們的私鑰加密。這個(gè)被加密的哈希結(jié)果被添加到數(shù)據(jù)后。這是一個(gè)在哈希函數(shù)上的巨大的提高

10、。用這個(gè)方法，我們能夠保護(hù)哈希結(jié)果的完整性。并且，由于我們用的是公鑰加密算法，我們用不著給檢查這段哈希結(jié)果的人一個(gè)密鑰。 數(shù)據(jù)的接收者能夠有你的公鑰解密這段哈希值。同時(shí)，你能從你接到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一段哈希值。兩者相比，如果相同，則可以肯定，他所接到的數(shù)據(jù)沒有被更改。同時(shí)，接收者也知道，只有你才能發(fā)出這段數(shù)據(jù)，因?yàn)橹挥心悴艜?huì)有這個(gè)在哈希上簽名的私鑰。 小結(jié) 網(wǎng)絡(luò)安全的要求其實(shí)非常簡(jiǎn)單。保密性，完整性，真實(shí)性，可用性和不可否是安全應(yīng)用的五大基本要求。保密性指信息的保密，這可以通過加密機(jī)來實(shí)現(xiàn)；完整性包括信息的不可非法篡改。通過對(duì)稱的加密，可以防止被第三方非法篡改，但卻不能防止對(duì)方或密鑰管理方的篡改。真實(shí)性