公钥密码学初学者指南

在当今竞争激烈的商业环境中，数据是一种宝贵的资源。 因此，企业必须在控制对数据的访问的同时保持数据的保密性和安全性。 此外，随着数字化成为一种常态和组织自动化其数据处理操作，未经授权访问敏感数据的机会增加。 因此，企业必须建立一个安全的环境来保护有价值的数据并减轻潜在的数据威胁。

密码学在数据安全中起着至关重要的作用，以保持机密性和完整性。 密码学的一个子类型，公钥加密或公钥密码学，构成了全球大多数数据安全策略的关键组成部分。

本文将探讨密码学中公钥的概念及其在保护数据中的效用。

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什么是数据安全中的密码学？

密码学是指一组通过伪装数据来保护信息和通信的技术，以便只有预期的接收者才能处理和读取内容。 它依靠算法来加密只有授权个人才能解密的数据。 因此，密码学主要涉及将明文或普通文本加扰成密文（加密），然后还原（解密）。

密码学一词源于希腊语“Kryptos”，意思是“隐藏的”。 使用密码学的一些最早记录可以追溯到古埃及人和罗马人，包括朱利叶斯·凯撒著名的凯撒密码。 尽管过去使用的技术在当今时代显得原始而直接，但古老的密码是对保护敏感信息必要性的惊人提醒。 随着技术的发展，今天的密码学有许多应用，包括数字签名、互联网浏览、信使应用程序、电子邮件、信用卡交易、在线验证和加密密钥生成。

什么是密码学中的密钥？

在密码学中，密钥是按定义顺序排列的一串随机字符，用于更改或扰乱加密算法中的数据。 换句话说，密码学中的密钥加密或锁定数据，以便只有拥有有效密钥的人才能解密或解锁它。 明文是原始数据，密文是密钥加密后的数据。

密码学在数据安全系统中扮演着重要角色。 密码算法有两大类，对称密钥算法（秘密密钥算法）和非对称密钥算法（公钥算法）。

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公钥密码学的意义

公钥加密或非对称密钥加密是一种加密过程，其中使用不同的密钥对数据进行加密和解密。 尽管密钥不同，但它们在数学上与通过解密密文促进明文检索有关。 最常用的公钥加密形式是基于 RSA 算法。

在非对称加密过程中，一个密钥加密数据，另一个但对应的密钥解密数据。 加密数据的密钥是公钥，而私钥解密信息。

此外，公钥是众所周知的，而私钥是秘密的。 这意味着虽然其他人可以使用您的公钥向您发送加密信息，但只有您有权访问私钥或密钥来解码文本。

公钥密码学的优点

公钥密码学具有以下功能：

• 加密和解密：加密和解密功能使双方能够通过伪装他们交换的信息来相互通信。 发送者在发送前对数据进行加扰或加密，接收者在接收到数据后对其进行解扰或解密。 同时，传输中的加密数据对于第三方来说仍然是难以理解的。
• 不可否认性：公钥加密具有称为不可否认性的安全机制，可防止数据更改并确保任何一方都无法否认他们通过加密接收/发送了消息。

公钥密码学与私钥密码学

与公钥加密系统不同，对称或私钥加密涉及发送者和接收者共享一个用于加密和解密消息的通用密钥。 因此，对称密钥加密算法使用发送方用来加密数据和接收方用来解码或解密数据的密钥创建固定长度位的分组密码。 私钥加密的一个典型例子是美国国家标准与技术研究院 (NIST) 于 2001 年 11 月制定的 AES 或高级加密标准。

那么，公钥密码学和私钥密码学之间的主要区别是什么？ 下表突出了这些区别。

公钥加密背后的 RSA 算法

RSA算法是一种广泛使用的非对称密码算法，它依靠公钥和私钥来加密和解密消息。 RSA 算法创建于 1978 年，以其发明者 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 的名字命名。

以下是公钥加密中 RSA 算法如何工作的简化说明：

1. 密钥的生成

• 选择两个大素数“p”和“q”。
• 计算 n = p*q
• 找出总函数：Φ(n) = (p-1)(q-1)
• 现在，选择一个与 Φ(n) 互质且 1 < e < Φ(n) 的整数“e”。
• (n,e) 对是公钥。
• 现在，计算 'd' 使得 de = 1 mod Φ(n) 或 1 mod (p-1)(q-1)
• 使用扩展欧几里得算法找出 d。 私钥是一对 (n,d)。

2. 加密

• 给定的明文“P”是一系列小于 n 的数字。 如果密文是“C”，则使用以下数学步骤完成加密：

C = P e mod n

3.解密

• 可以在以下步骤中使用私钥 (n,d) 检索明文：

P = C d mod n

以下伪代码是 RSA 算法的一个示例：

整数 x = 61，整数 y = 53；

整数 n = x * y；

// n = 3233。

//计算totient，phi

int phi = (x-1)*(y-1);

// phi = 3120。

int e = findCoprime(phi);

// 找到一个大于 1 并且是 phi 的互质数的 'e'。

// e = 17 满足当前值。

// 使用扩展欧几里得算法，找到满足的 'd'

// 这个等式：

d = (1 mod (phi))/e;

// 对于示例值，d = 2753。

public_key = (e=17, n=3233);

private_key = (d=2753, n=3233);

// 给定明文 P=123，密文 C 为：

C = (123^17) % 3233 = 855;

//解密密文C：

P = (855^2753) % 3233 = 123;

结论

私钥密码术是传统的加密系统。 但是，它使传输的消息容易被第三方拦截，因为单个密钥可以加密和解密数据。 因此，密码学家开发了公钥密码系统来解决传统系统的局限性。 在公钥密码学中，发送方使用公钥加密消息，而接收方可以使用只有接收方可用的私钥对消息进行解码。 结果，第三方无法读取传输中的消息，因为只有接收者的私钥才能解密它。 公钥密码系统大多使用 RSA 算法，在现代加密技术中发挥着至关重要的作用。

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