Go-加密学 - 非对称加密

Posted 2022-06-11 xiangjai

非对称加密

1. 对称加密的弊端’

• 秘钥分发困难

• 可以通过非对称加密完成秘钥的分发

  https

  Alice 和 Bob通信, Alice给bob发送数据, 使用对称加密的方式

  1. 生成一个非对称的秘钥对, bob生成
  2. bob将公钥发送给alice
  3. alice生成一个用于对称加密的秘钥
  4. alice使用bob的公钥就对称加密的秘钥进行加密, 并且发送给bob
  5. bob使用私钥就数据解密, 得到对称加密的秘钥
  6. 通信的双方使用写好的秘钥进行对称加密数据加密

2. 非对称加密的秘钥

• 不存在秘钥分发困难的问题

2.1 场景分析

数据对谁更重要, 谁就拿私钥

• 直观上看: 私钥比公钥长
• 使用第三方工具生成密钥对: 公钥文件xxx.pub xxx

1. 通信流程, 信息加密 （A写数据, 发送给B, 信息只允许B读）

   A: 公钥

   B: 私钥

2. 登录认证 （客户端要登录, 连接服务器, 向服务器请求个人数据）

   客户端: 私钥

   服务器: 公钥

3. 数字签名（表明信息没有受到伪造，确实是信息拥有者发出来的，附在信息原文的后面）

   • 发送信息的人: 私钥
   • 收到信息的人: 公钥

4. 网银U盾

   • 个人: 私钥
   • 银行拿公钥

3. 使用RSA非对称加密通信流程

要求: Alice 给 bob发送数据, 保证数据信息只有bob能看到

4. 生成RSA的秘钥对

4.1 一些概念

1. x509证书规范、pem、base64
   • pem编码规范 - 数据加密
   • base64 - 对数据编码, 可逆
     • 不管原始数据是什么, 将原始数据使用64个字符来替代
       • a-z A-Z 0-9 + /
2. ASN.1抽象语法标记
3. PKCS1标准

4.2 密钥对生成流程

• 生成私钥操作流程概述

  1. 使用rsa中的GenerateKey方法生成私钥

     func GenerateKey(random io.Reader, bits int) (priv *PrivateKey, err error)

     • rand.Reader -> import “crypto/rand”
     • 1024 的整数倍 - 建议

  2. 通过x509标准将得到的ras私钥序列化为ASN.1 的 DER编码字符串

     func MarshalPKCS1PrivateKey(key *rsa.PrivateKey) []byte

  3. 将私钥字符串设置到pem格式块中

     初始化一个pem.Block块

     type Block struct 
         Type    string            // 得自前言的类型（如"RSA PRIVATE KEY"）
         Headers map[string]string // 可选的头项
         Bytes   []byte            // 内容解码后的数据，一般是DER编码的ASN.1结构
     
     

  4. 通过pem将设置好的数据进行编码, 并写入磁盘文件中

     func Encode(out io.Writer, b *Block) error

     • out - 准备一个文件指针

• 生成公钥操作流程

  1. 从得到的私钥对象中将公钥信息取出

     type PrivateKey struct 
         PublicKey            // 公钥
         D         *big.Int   // 私有的指数
         Primes    []*big.Int // N的素因子，至少有两个
         // 包含预先计算好的值，可在某些情况下加速私钥的操作
         Precomputed PrecomputedValues
     
     

  2. 通过x509标准将得到 的rsa公钥序列化为字符串

     func MarshalPKIXPublicKey(pub interface) ([]byte, error)
     

  3. 将公钥字符串设置到pem格式块中

     type Block struct
     Type string // 得自前言的类型（如"RSA PRIVATE KEY"）
     Headers map[string]string // 可选的头项
     Bytes []byte // 内容解码后的数据，一般是DER编码的ASN.1结构
     

  4. 通过pem将设置好的数据进行编码, 并写入磁盘文件

     func Encode(out io.Writer, b *Block) error

5. RSA加解密

5.1 RSA加密

1. 将公钥文件中的公钥读出, 得到使用pem编码的字符串

   – 读文件

2. 将得到的字符串解码

   – pem.Decode

3. 使用x509将编码之后的公钥解析出来

   – func ParsePKCS1PrivateKey(der []byte) (key *rsa.PrivateKey, err error)

4. 使用得到的公钥通过rsa进行数据加密

5.2 RSA解密

1. 将私钥文件中的私钥读出, 得到使用pem编码的字符串
2. 将得到的字符串解码
3. 使用x509将编码之后的私钥解析出来
4. 使用得到的私钥通过rsa进行数据解密

6. 哈希算法

6.1 概念

称谓: 单向散列函数, 哈希函数, 杂凑函数, 消息摘要函数

接收的输入: 原像

输出: 散列值, 哈希值, 指纹, 摘要

6.2 单向散列函数特性

1. 将任意长度的数据转换成固定长度的数据

2. 很强的抗碰撞性

3. 不可逆

4. MD4/MD5

   • 不安全
   • 散列值长度: 128bit == 16byte

5. sha1

   • 不安全
   • 散列值长度: 160bit == 20byte

6. sha2 - 安全

   • sha224
     • 散列值长度: 224bit == 28byte
   • sha256
     • 散列值长度: 256== 32byte
   • sha384
     • 散列值长度: 384bit == 48byte
   • sha512
     • 散列值长度: 512bit == 64byte

   6.3 go中使用单向散列函数

   // 第一种方式, 直接调用sum
   // 适用于数据量比较小的情况
   func Sum(data []byte) [Size]byte
   
   // 第二种方式
   // 1. 创建哈希接口对象
   func New() hash.Hash
   type Hash interface 
       // 通过嵌入的匿名io.Writer接口的Write方法向hash中添加更多数据，永远不返回错误
       io.Writer
       // 返回添加b到当前的hash值后的新切片，不会改变底层的hash状态
       Sum(b []byte) []byte
       // 重设hash为无数据输入的状态
       Reset()
       // 返回Sum会返回的切片的长度
       Size() int
       // 返回hash底层的块大小；Write方法可以接受任何大小的数据，
       // 但提供的数据是块大小的倍数时效率更高
       BlockSize() int
   
   type Writer interface 
       Write(p []byte) (n int, err error)
   
   // 2. 往创建出的哈希对象中添加数据
   hash.Hash.Write([]byte("添加的数据..."))
   hash.Hash.Write([]byte("添加的数据..."))
   hash.Hash.Write([]byte("添加的数据..."))
   hash.Hash.Write([]byte("添加的数据..."))
   // 3. 计算结果, md5就是散列值
   md5 := hash.Sum(nil);
   // 散列值一般是一个二进制的字符串, 有些字符不可见, 需要格式化
   // 格式化为16进制的数字串 - 0-9, a-f
   func EncodeToString(src []byte) string
   // 数据转换完成之后, 长度是原来的2倍
   
   

   1. 计算一个大文件比如1G文件的散列值
   2. 使用udp的方式分发秘钥, 进行一个对称加密的通信
      • 服务器
        • 生成密钥对
        • 公钥发送给客户端
      • 客户端
        • 客户端收到了公钥
        • 生成一个秘钥 - 用于对称加密
        • 使用公钥加密, 发送给服务器

复习

1. 概念

   • 加密三要素

     • 明文/密文
     • 秘钥
     • 算法

   • 对称加密和非对称加密

     • 对称加密: 加解密使用同一个秘钥, 1个
       • 效率高
     • 非…: 密钥对
       • 公钥加密, 私钥解密
       • 私钥加密, 公钥解密

   • 对称加密中的公开的加密算法

     • des
       • 分组长度: 8字节
       • 秘钥长度: 8字节
     • 3des
       • 分组长度: 8字节
       • 秘钥长度: 24byte
     • aes
       • 分组长度: 16字节
       • 秘钥长度: 16字节, 24字节, 32字节
         • 在go的api中只能使用16字节

   • 对称加密的分组模式

     • EBC - 不推荐使用

     • CBC - 常用的方式

       • 准备的数据:

         • 初始化向量iv - 字符数组
         • 长度 == 明文分组长度
         • 加解密初始化向量值必须相同
         • 秘钥
           • 根据加密算法定

       ===========================

     • OFB - 不推荐使用

     • CFB - 不推荐使用

     • CTR - 推荐使用, 效率最高

代码

生成rsa的密钥对, 并且保存到磁盘文件中

func GenerateRsaKey(keySize int) 
	// 1. 使用rsa中的GenerateKey方法生成私钥
	privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, keySize)
	if err != nil 
		panic(err)
	
	// 2. 通过x509标准将得到的ras私钥序列化为ASN.1 的 DER编码字符串
	derText := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
	// 3. 要组织一个pem.Block(base64编码)
	block := pem.Block
		Type : "rsa private key", // 这个地方写个字符串就行
		Bytes : derText,
	
	// 4. pem编码
	file, err := os.Create("private.pem")
	if err != nil 
		panic(err)
	
	pem.Encode(file, &block)
	file.Close()

	// ============ 公钥 ==========
	// 1. 从私钥中取出公钥
	publicKey := privateKey.PublicKey
	// 2. 使用x509标准序列化
	derstream, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
	if err != nil 
		panic(err)
	
	// 3. 将得到的数据放到pem.Block中
	block = pem.Block
		Type : "rsa public key",
		Bytes : derstream,
	
	// 4. pem编码
	file, err  = os.Create("public.pem")
	if err != nil 
		panic(err)
	
	pem.Encode(file, &block)
	file.Close()

RSA 加密, 公钥加密

```bash
func RSAEncrypt(plainText []byte, fileName string) []byte
	 // 1. 打开文件, 并且读出文件内容
	 file, err := os.Open(fileName)
	 if err != nil 
	 	panic(err)
	 
	 fileInfo, err := file.Stat()
	 if err != nil 
	 	panic(err)
	 
	 buf := make([]byte, fileInfo.Size())
	 file.Read(buf)
	 file.Close()
	 // 2. pem解码
	 block, _ := pem.Decode(buf)
	 pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
	 //断言类型转换
	 pubKey := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
	 // 3. 使用公钥加密
	 cipherText, err := rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pubKey, plainText)
	 if err != nil 
	 	panic(err)
	 
	 return cipherText

### RSA 解密

```bash
func RSADecrypt(cipherText []byte, fileName string) []byte
	// 1. 打开文件, 并且读出文件内容
	file, err := os.Open(fileName)
	if err != nil 
		panic(err)
	
	fileInfo, err := file.Stat()
	if err != nil 
		panic(err)
	
	buf := make([]byte, fileInfo.Size())
	file.Read(buf)
	file.Close()
	// 2. pem解码
	block, _ := pem.Decode(buf)
	privKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
	if err != nil 
		panic(err)
	

	// 3. 使用私钥解密
	plainText, err := rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, privKey, cipherText)
	if err != nil 
		panic(err)
	
	return plainText

调用

func main() 
	GenerateRsaKey(4096)
	src := []byte("我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...")
	cipherText := RSAEncrypt(src, "public.pem")
	plainText := RSADecrypt(cipherText, "private.pem")
	fmt.Println(string(plainText))

	myHash()


// 使用sha256
func myHash() 
	// sha256.Sum256([]byte("hello, go"))

	// 1. 创建哈希接口对象
	myHash := sha256.New()
	// 2. 添加数据
	src := []byte("我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...我是小崔, 如果我死了, 肯定不是自杀...")
	myHash.Write(src)
	myHash.Write(src)
	myHash.Write(src)
	// 3. 计算结果
	res := myHash.Sum(nil)
	// 4. 格式化为16进制形式
	myStr := hex.EncodeToString(res)
	fmt.Printf("%s\\n", myStr)