学习区块链技术，不可避免地要接触到加密技术，但是作为一名非专业人士，可能很难读懂各种加密算法的基本原理和具体计算过程，但是这并不妨碍我们理解加密算法的应用场景。所以，还是有必要对加密技术有一个基本的了解。以下是我对这几天学习内容的一些总结，同时供大家参考。
加密算法分为单向加密算法和双向加密算法。
单向加密算法
单向加密算法一般指的是哈希算法，又称散列算法。包括MD5，SHA类（SHA-1，SHA-2，SHA-3）加密算法等等。
一般来说，哈希算法是不可逆的，即无法将加密后的数据还原成原始数据。任何文件都可以被哈希加密得出一段长度固定的摘要（digest），并且每一个文件对应的摘要都是独一无二的，所以摘要也被称作文件指纹。任何文件即使被修改了一个字符，它的指纹也会变得完全不同。所以文件指纹可以被用来判断文件的完整性。
应用一：判断文件完整性
比如各类下载软件都会内置文件完整性交验功能，下载文件之后内置验证器会计算文件指纹，并与服务器发过来的指纹对比，如果摘要相同，就说明文件与服务器文件相同。如果摘要不同，则说明文件不完整。
应用二：安全保存密码
哈希算法还可用于密码管理，为了用户密码的安全，服务器一般不会明文存储用户密码。服务器只存储用户密码被加密后的摘要。当用户登陆网站输入密码时，服务器会对用户输入的密码进行哈希加密，并将得出的摘要与服务器存储的摘要对比，如果相同，则说明密码正确。这样做的好处是即使服务器被黑客攻破，黑客也无法从摘要还原出用户密码。
哈希算法的安全性是由算法的难度决定的，随着计算机计算能力的增强，算法的安全性会逐渐减弱，比较早的加密算法（比如MD5）已经不是非常安全了，但是目前主流采用的SHA-2算法仍然是安全的。
双向加密算法
双向加密算法是可逆的，也就是说被加密的数据，可以通过密钥解出原始数据。双向加密包括对称加密和非对称加密。
对称加密
对称加密指的数据的加密和解密使用的是同一个密钥，特点是加解密速度快，对称加密算法包括DES（Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）、IDEA（International Data Encryption Algorithm）等等。对称加密主要用于加密通讯，比如点对点聊天或者群组聊天。聊天各方都使用相同的密钥加解密消息。但是对称加密存在一个风险，就是一旦密钥泄露，群组的所有消息都会泄露。如何保证密钥在传给所有人的过程中不会泄露，是一个需要解决的问题。后来的非对称加密解决了这个问题
非对称加密
非对称加密（asymmetric cryptography）又称为公开密钥加密算法（Public-key cryptography），需要两个密钥：可以公开给任何人的公钥（public key），以及只有本人知道的私钥（private key）。公钥与私钥是一对，两者之间的关系是：
(1) 用公钥加密数据，只有对应的私钥才能解密；
(2) 用私钥加密数据，只有对应的公钥才能解密。
简单的说是“公钥加密，私钥解密；私钥加密，公钥解密”。
非对称加密的安全性要比对称加密高，因为私钥只有本人保管，不需要告诉别人，所以私钥泄露的可能性就非常低。但是对称加密中，密钥必须告诉对方，在密钥传播的过程，泄露的可能性就大大提高了。
非对称加密主要用于单向加密传输和数字签名。常见算法包括RSA，ECC（Elliptic Curve Cryptography）,DSA（仅用于签名），ECDSA（仅用于签名）。
应用一：单向加密传输
单向加密传输的意思是一对密钥只能解决一个方向上的加密传输。比如A要给B发送消息，但是不想让别人看到。可以按照下面的流程操作：
(1) 接收方B首先创建一对公私密钥，然后B将其中的公钥发给A。
(2) A用B的公钥加密消息，发给B。
(3) B用自己的私钥将消息解密。
因为消息是用B的公钥加密的，所以只有B的私钥才能解密，其他人都无法解密。
单向传输过程
如果B要回复A，也不想让其他人看到，可不可以用B的私钥加密消息，A用公钥解密呢？显然不行，这样操作虽然A能用公钥解密，但是因为公钥本身是公开的，其他人也能用B的公钥解密，所以B的消息所有人都能看到。
所以一对密钥只能实现单向加密传输，由接收方负责创建密钥对，并将公钥发给发送方。
由以上可知：
(1) 非对称加密能保证单向传输的安全，但是加解密速度慢，尤其在一对多传输时，密钥管理偏复杂，不适用于加密聊天。
(2) 对称加密由于加解密速度快，密钥管理简单，非常适合加密聊天，但是无法保证密钥在传输过程中的安全
结合两种加密算法的特点，当前加密通讯的解决方案是这样的：将对称加密的密钥使用非对称加密的方式进行传输。这就完美解决了对称加密的安全痛点。比如包含A,B,C的三人小组想进行加密聊天，那么聊天服务器可以创建对称加密密钥，假设密钥是"XXXX"，服务器要把密钥安全地告诉A，B，C。那么操作过程如下：
(1) A，B，C各自创建密钥对，然后将各自的公钥全部发给服务器
(2) 服务器分别用A，B，C的公钥加密“XXXX”，并分别发给A，B，C。
(3) A，B，C 分别用自己的私钥解密密文，得出对称加密密钥为“XXXX”。至此，密钥已经安全地传输给A，B，C了。
(4) 所有人开始使用“XXXX”加解密消息，畅快聊天。
应用二：数字签名（digital signature）
数字签名有2个作用：
(1) 用于验证文件/消息确实是由某人/机构发布。
(2) 用于验证文件/消息没有被篡改。
非对称加密与前文说过哈希加密算法结合使用，可以产生数字签名。
比如A要发布一个软件，为了保证用户可以验证下载的软件，需要对软件进行数字签名，操作流程如下：
(1) A创建一对密钥；
(2) A用哈希算法计算出软件的指纹“XXX”；
(3) A用私钥加密这个指纹“XXX”，得出数字签名“???”；
(4) A将数字签名"???"和公钥附在软件上一起发布，示意图如下；
文件结构
(5) 用户可以通过任意途径下载软件（比如各种软件站）。
(6) 用户取下软件数字签名和公钥, 用公钥解密签名，如果密文没有被篡改，结果应该是“XXX”，如果被篡改了，就是其它字符。但是下载的人并不知道正确的答案应该是什么，所以他们要进行下一步操作
(7) 用户计算软件的指纹，如果结果与上一步中解密的结果是一样的（都是“XXX”），则证明软件确实是A发布的，并且没有被篡改。如果两者结果不同，说明软件要么不是出自A，要么软件被修改过。
验证过程
在这个应用场景中，发布者要用私钥加密指纹，用户用公钥解密。而在“应用一”中，私钥用来解密，公钥用于加密。这两个应用场景中，加解密的方向是相反的，那我们应该如何记忆呢？
我们用下面的思路记住：
因为只有本人才能用私钥加密，所以“私钥加密→公钥解密”的流程，可以用于签名和认证。
同理，因为只有本人才能用私钥解密，所以“公钥加密→私钥解密”的流程，可以用于解密加密消息。
至此，对称加密与非对称加密的基本概念就讲完了，上述的例子的流程只是一个大概的流程，实际过程要复杂的多，为了便于大家理解，忽略掉了很多细节。
其实前文描述的数字签名的流程是有安全漏洞的，用户是完全基于附在软件上的公钥来验证的。如果公钥同样是伪造的，那么用户验证就没有任何意义了。比如一个黑客H给软件加入后门，然后自己创建一个密钥对，用同样的流程制作附属信息：
(1) H创建一对密钥；
(2) H用哈希算法计算出后门软件的指纹“YYY”；
(3) H用私钥加密这个指纹“YYY”，得出数字签名“&&&”；
(4) H将数字签名"&&&"和公钥附在软件上一起发布
(5) 用户取下数字签名, 用黑客的公钥解密，结果是“YYY”，然后进行下一步对比
(6) 用户计算软件的指纹，结果仍然是“YYY”。验证通过，但是软件是后门软件
有漏洞的验证流程
所以，为了防止上述事情发生，就必须有一种办法能够验证公钥的真实性。这就是数字证书的作用。下篇文章会详细讲解一下。
网友评论