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1、密码学介绍
密码学#xff08;Cryptography#xff09;是研究信息的保密性、完整性和验证性的科学和实践。它涉及到加密算法、解密算法、密钥管理、数字签名、身份验证等内容。
密码学中的主要概念包括#xff1a;
1. 加密算法#xff1a;加密算法用于将…一、密码学
1、密码学介绍
密码学Cryptography是研究信息的保密性、完整性和验证性的科学和实践。它涉及到加密算法、解密算法、密钥管理、数字签名、身份验证等内容。
密码学中的主要概念包括
1. 加密算法加密算法用于将明文转换为密文从而隐藏敏感信息并保护其机密性。常见的加密算法分为对称加密算法和公钥加密算法。
2. 解密算法解密算法用于将密文恢复为明文还原已加密的信息。
3. 密钥密钥是用于加密和解密过程的关键参数。对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密而公钥加密算法使用一对相关的密钥公钥用于加密私钥用于解密。
4. 公钥Public Key公钥是用于加密的密钥可以公开给任何人使用。它用于将消息加密只有对应的私钥可以解密。
5. 私钥Private Key私钥是用于解密的密钥应保密。只有私钥与公钥配对的密钥才能解密由公钥加密的消息。
6. 数字签名数字签名用于验证文档的完整性、真实性和签署者的身份。它结合了公钥加密算法和散列函数确保签名的可靠性。
密码学在网络通信、电子支付、云计算、电子商务等领域有广泛的应用。它不仅在保护个人隐私和商业机密方面起着重要作用也在保障国家安全和信息系统的安全性方面发挥重要的角色。 2、加密算法和数字签名
密码学中的加密算法和数字签名是两个主要的概念和技术。
1. 加密算法 加密算法是用来将明文转换为密文的方法。它使用密钥来进行加密和解密操作。密码学中常见的加密算法包括对称加密算法和公钥加密算法。
- 对称加密算法对称加密算法使用同一个密钥进行加密和解密操作。常见的对称加密算法包括DES、3DES、AES和Blowfish等。对称加密算法具有高效性能和加密速度快的特点适合于大数据量的加密和解密操作。
- 公钥加密算法公钥加密算法使用一对密钥包括公钥和私钥进行加密和解密操作。公钥用于加密私钥用于解密。这种算法常用于安全通信、数字签名和密钥交换等领域。RSA和ECC是常见的公钥加密算法。
2. 数字签名 数字签名用于验证文档的真实性、完整性和签署者的身份。它结合了公钥加密算法和散列函数的概念。数字签名的生成和验证过程如下
- 生成数字签名签名者使用自己的私钥对文档进行散列然后用私钥对散列值进行加密生成数字签名。这样数字签名就包含了文档的摘要以及签署者的身份。
- 验证数字签名验证者使用签名者的公钥对数字签名进行解密得到文档的摘要。然后验证者对原始文档进行散列将得到的摘要与解密后的摘要进行比较。如果两个摘要一致则说明数字签名是有效的。
数字签名提供了验证文档完整性和签署者身份的方法可以防止伪造和篡改。它在电子合同、电子支付和身份验证等领域有广泛的应用。 3、RSA加密算法
RSARivest-Shamir-Adleman算法是一种公钥加密算法也是最著名和广泛应用的公钥加密算法之一。它由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman三位密码学家于1977年提出。
RSA算法的基本原理是利用大素数因子分解问题它使用一对相关的密钥公钥和私钥。
RSA算法的加密过程如下 1. 首先选择两个不相等的大素数p和q并计算它们的乘积np*q。 2. 计算与n互质的正整数e作为加密密钥的一部分称为公钥n, e。 3. 计算e的模反元素d使得(e * d) mod ((p-1) * (q-1)) 1作为解密密钥的一部分称为私钥n, d。 4. 加密时将消息M转换为整数m满足0 m n。 5. 加密运算密文C m^e mod n其中^表示幂运算mod表示求余运算。 6. 将密文C发送给接收方。
解密过程如下 1. 接收到密文C后用私钥n, d进行解密运算明文M C^d mod n。 2. 将解密得到的明文M转换为原始消息。
RSA算法的安全性依赖于大整数因子分解问题的困难性即将一个大整数分解为其素数因子的困难性。如果一个人能够快速有效地解决大整数的因子分解问题那么整个RSA加密系统就会被破解。
RSA算法在数据加密、数字签名、密钥协商和安全通信等方面广泛应用是公钥加密领域的重要算法之一。 4、秘钥的格式
秘钥的格式是指秘钥在内存中的表示方式。常见的秘钥格式有
1. 对称秘钥Symmetric Key对称秘钥是一种加密算法中使用的秘钥类型用于加密和解密数据。对称秘钥的格式通常是一个固定长度的字节序列可以是任意二进制数据。常见的对称加密算法有AES、DES和3DES等。对称秘钥的长度通常为128位、192位或256位。
2. 非对称秘钥Asymmetric Key非对称秘钥是一种加密算法中使用的秘钥类型包括公钥和私钥。非对称秘钥采用公钥加密、私钥解密的方式或者使用私钥签名、公钥验证的方式进行加密和解密操作。常见的非对称加密算法有RSA、ECC和DSA等。非对称秘钥的格式通常是使用标准化的表示方式如PKCS#8、PEM和DER等。
在实际应用中对称秘钥通常用于数据的加密和解密而非对称秘钥通常用于密钥的交换、数字签名和证书等操作。 5、秘钥的保存文件格式
常见的保存秘钥的文件格式有
1. PEM格式Privacy Enhanced MailPEM格式是一种基于文本的格式通常使用扩展名为.pem。在PEM格式中密钥以Base64编码的形式存储并使用特定的头部和尾部标记来标识密钥类型。例如公钥以-----BEGIN PUBLIC KEY-----开始以-----END PUBLIC KEY-----结束私钥以-----BEGIN PRIVATE KEY-----开始以-----END PRIVATE KEY-----结束。PEM格式的密钥可以直接在文本文件中存储并且易于读取和传输。
2. DER格式Distinguished Encoding RulesDER格式是一种二进制格式通常使用扩展名为.der。在DER格式中密钥以ASN.1Abstract Syntax Notation One结构编码。DER格式的密钥相对于PEM格式更紧凑适用于网络传输和存储。DER格式的密钥无法直接在文本文件中阅读因为它是以二进制形式存储的。
无论哪种格式RSA公钥和私钥都包含了与算法相关的参数。公钥包括模数n和指数e私钥包括模数n和私钥指数d。
在Python中通常可以使用相应的RSA库如rsa库或cryptography库来生成、加载和处理RSA密钥。 6、PKCS#1和PKCS#8
1. PKCS#1格式Public-Key Cryptography Standards #1 公钥以 -----BEGIN RSA PUBLIC KEY----- 开头以 -----END RSA PUBLIC KEY----- 结尾。 私钥以 -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- 开头以 -----END RSA PRIVATE KEY----- 结尾。 2. PKCS#8格式Public-Key Cryptography Standards #8 公钥以 -----BEGIN PUBLIC KEY----- 开头以 -----END PUBLIC KEY----- 结尾。 私钥以 -----BEGIN PRIVATE KEY----- 开头以 -----END PRIVATE KEY----- 结尾。 3. PKCS#8格式相对于PKCS#1格式具有以下优势
-. 算法的灵活性PKCS#8格式支持多种非对称算法的私钥如RSA、DSA、ECC等而PKCS#1格式仅适用于RSA算法。这使得PKCS#8格式更加通用和灵活可以适应不同算法的私钥存储和传输需求。
-. 强化私钥安全性PKCS#8格式提供了私钥的加密功能可以使用密码对私钥进行加密保护增强了私钥的安全性。这种加密功能在PKCS#1格式中是不可用的。
-. 容易实现和交互PKCS#8格式的结构定义相对简单易于实现和理解。它也更容易与各种编程语言和安全库进行交互因此在实际应用中更为广泛。
-. 与PKCS#5和PKCS#12的兼容性PKCS#8格式和PKCS#5、PKCS#12格式具有一定的兼容性因为它们都基于ASN.1编码规范。这方便了PKCS#8格式和其他PKCS标准之间的转换和集成。
总之PKCS#8格式相对于PKCS#1格式具有更大的灵活性、私钥安全性加强、易实现和易交互等优势使得它成为更常用和推荐的非对称密钥格式。 二、rsa模块 三、cryptography模块 reference
RSA密钥详解 - 知乎
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