章节大纲

  • 加密学的基本目标和应用

    在网络上下文中，安全机制的基本目标是：

    • 端点认证；
    • 数据完整性：我们希望确保数据在从源到目的地的路径中没有被篡改；
    • 机密性：我们希望确保数据不会被任何未经授权的人读取。

    这些目标是通过使用加密机制来实现的。加密机制在两个不同的上下文中应用，即执行两种不同的操作：

    • 加密：它包括对交换的数据进行加密，即改变数据包的内容，使得只有授权的人能够恢复原始内容；
    • 签名：它用于保证数据的完整性和发送者的认证，操作是通过将一个小的字节序列附加到消息中，这个字节序列取决于数据本身以及发送者所拥有的一些信息：
      • 端点可以通过重新计算这个字节序列来检查数据是否被修改；
      • 这个操作类似于错误检测代码，但不同的是，字节序列是基于一个秘密密钥的。

    密钥类型

    有两种类型的密钥：

    • 共享（或对称）密钥：相同的密钥，作为一个字节序列，被用来加密/签名和解密/认证数据。该密钥必须在通信的两个站点之间保密，这带来了一个困难，因为用于协商密钥的通信本身应该是安全的；
    • 非对称密钥：使用两个不同的密钥来加密/签名和解密/认证数据。两个密钥中，称为公钥的一个，用来解密源主机通过其私钥加密的数据包，可以公开共享；另一个密钥必须保密。这两个密钥是成对的，意味着通过一个密钥加密的内容只能通过另一个密钥解密。

    例如，如果你想安全地发送一个文件，你可以使用私钥应用加密算法，然后传播公钥：这样，任何想与该主机安全通信的人都可以使用该公钥加密消息，因为只有该主机拥有私钥，能够解码该消息。

    为了验证发送者的身份，机制类似：如果你想确保用户能验证消息来自特定的发送者，他们只需要使用发送者的公钥解密发送的消息。

    密钥类型的优缺点

    非对称密钥比对称密钥更不稳定，并且在使用它们的算法中需要更多的计算资源。

    在许多情况下，非对称密钥用于安全通信并协商对称密钥：

    • 主机发送它打算用于单向通信的公钥；
    • 目标主机选择一个对称密钥，并通过先前收到的公钥加密后转发它；
    • 源主机使用私钥解密消息，从那时起它将使用其中包含的对称密钥。

    关键点：当某人收到与某个实体相关的公钥时，必须确认该实体的身份，即它确实是它声称的那个实体：为此，我们使用证书。

    证书

    证书是用于验证公钥属于某个实体的文件。数字证书包含：

    • 关于密钥的信息；
    • 关于所有者身份的信息；
    • 经过认证机构验证证书内容的数字签名。

    签名实际上是一个字节序列，一种摘要，使用认证机构的私钥进行加密。验证签名意味着检查证书是否已由认证机构验证，因此你只需使用它的证书，该证书将包含公钥，用来解密签名。认证机构的证书可能已经为主机所知，例如它已经存在于操作系统或Web浏览器中，或者可能需要下载并以相同的方式进行验证。根CA证书必须以可靠的方式获得。