公钥加密如何确保数据的完整性

作者:30115776@qq.com

公钥加密如何确保数据的完整性?数据需要安全,而安全需要加密,此外,加密在确保数据安全方面起着至关重要的作用。这是一个将数据转换为不可理解的形式的过程,只能通过加密密钥进行解码或解密。

加密密钥是在加密机制中生成的随机字符序列。它用于在加密过程中将明文转换为密文。您可以使用相同的密钥(对称加密)或不同的密钥(非对称加密)将密文转换为明文。

加密隐藏实际的信息并将其转换为密文,使其不可读。公钥加密就是这样一种可以加密消息的方法。可以把它看作是一个有两把钥匙(公钥和私钥)的锁。如果用户用第一把钥匙锁住它,则只有第二把钥匙才能解锁它,反之亦然。

还有其他方法,如对称加密或混合加密。现在,让我们更深入地了解公钥加密,看看它是如何为用户提供更高的数据安全性的。

1.什么是公钥加密?

公钥加密,又称公钥密码学技术,是一种使用两个不同的密钥来加密和解密数据的技术。一个是公钥,每个人都可以用它来加密数据,另一个是发起人可以用来解密的私钥。

公钥加密也被称为非对称加密,它被广泛应用于传输层安全/安全套接字层(TLS/SSL),使超文本传输协议安全(HTTPS)成为可能。

公钥加密的组成包括:

  • 明文:以加密算法作为输入可读和可理解的数据
  • 密文:以无法理解的形式加密输出的内容
  • 私钥:通常用于解码加密消息的密钥
  • 公钥:所有人都可以使用,通常用于加密消息

对于发送加密消息,您可以从共享目录中获取收件人的公钥。在发送消息之前使用此公钥加密消息,收件人可以使用相应的私钥解密消息。

相比之下,如果您用您私钥加密一条消息,则接收方只能使用您的公钥解密该消息,以验证您的身份。您可以自动执行加密和解密,而不需要进行物理锁定和解锁消息。组织利用加密软件无缝地执行该过程,并提供了强大的数据保护。

公钥加密是一个高度安全的加密过程,因为它不需要任何人共享他们的私钥,从而防止其在传输过程中泄露。它提供了实质性的信息安全性,并保护您的数据免受未经授权的访问。

互联网通信使用公钥基础设施(PKI)来管理身份和安全。非对称加密或公钥加密,是实现PKI并在各种通信渠道中提供数据保护的核心技术。

另一方面,私钥加密,也称对称加密,是一种同时使用一个密钥进行加密和解密的技术。对称加密和非对称加密都具有基于用途和所需要的加密强度的优点和要求。

2.公钥加密的工作原理是怎样的?

公钥加密使用户能够秘密地发送和接收消息。它允许每个用户创建一对密钥:一个公钥和一个私钥。这两个密钥之间都有数学关系。但是私钥实际上不能从公钥中获得。

在加密技术中,可以使用公钥来加密消息,而收件人的私钥只能解密该消息。此外,如果发件人使用其私钥加密消息,则已知的收件人可以使用公钥验证发件人的身份。

公钥加密使用更长的密钥长度,从而减少了密钥管理的麻烦,因为不需要交换密钥。一旦使用一个密钥来加密消息,就不能用它来解密消息。

公钥加密系统的一些重要属性包括:

  • 加密和解密使用不同的密钥
  • 接收人拥有其用于解密消息的唯一私钥
  • 接收人发布他们的公钥,所有人都可以使用
  • 受信任的第三方会确保公钥属于特定的个人或实体,以避免欺骗
  • 在公钥加密中,不可能从公钥中导出私钥

3.公钥加密的应用

公钥密码通常用于电子签名。电子签名是一种用来验证用户身份并保护文档、消息或软件的完整性的数学方法。企业通常使用电子签名软件来分发具有法律敏感性的文件和收集数字签名。

除了数字签名外,公钥密码学还被用于其他各方面。

3.1 Web服务器安全

公钥加密是确保HTTPS中安全性的TLS/SSL密码学协议的核心。它保护web服务器和客户端免受中间人攻击等网络攻击,即攻击者拦截通信并访问消息中的内容。对称加密也是HTTPS的一部分,公钥加密用于双方之间交换密钥,对称加密用于进行加密过程。

公钥加密使发送方和接收方能够验证他们的身份并帮助抵御中间人的攻击。Web服务器的安全性为在Google或Bing等搜索引擎上排名更高的网站提供了一个额外的优势。

3.2身份认证

现在,数据已经超越传统网络,转向云、移动设备、物联网(IoT)设备和其他各种技术,这使得企业保护身份至关重要。公钥加密使组织能够使用数字身份证书和替换密码,以防止暴力攻击。

3.3电子邮件加密

电子邮件加密使用公钥加密技术对信息进行身份验证和加密信息。它有助于保护信息免受未经授权的实体或黑客的恶意攻击。即使攻击者破解邮件服务器密码,由于加密了也无法查看电子邮件的内容。

您可以使用电子邮件加密软件来保护电子邮件,通过数字签名,以证明您的身份,并加密正在传输或存储在服务器上的内容和附件。

安全的电子邮件加密方法,如安全/多用途的互联网邮件扩展(S/MIME)证书,使用公钥基础设施来验证数字身份,并促进加密。

3.4 加密货币

像比特币这样著名的加密货币在交易中依赖于公钥加密技术。用户有一个所有人都可以使用的公钥,并且私钥被保密,用于执行交易。

例如,在比特币分类账户中,未花费的交易输出(UTXO)被链接到一个公钥。当用户A想要与用户B签署交易时,用户A使用其私钥来花费UTXO,并生成一个新的UTXO链接到用户B的公钥。

4.公钥加密算法

公钥加密算法是一种数学函数,可用于加密消息或验证消息的来源和发送者的身份。

下面介绍一些流行的公钥密码算法

4.1 Rivest-Shamir-Adleman(RSA)算法

RSA算法允许人们使用公钥和私钥来加密消息。当使用公钥进行加密时,私钥将用于解密,反之亦然。由于这一特性,它已经成为一种流行的非对称加密算法。RSA帮助组织确保存储或传输中的信息的机密性、完整性、不可否认性和真实性。

RSA算法生成公钥的过程是复杂的,该过程涉及大数分解,这是两个大质数的乘积。

让我们举一个例子,看看RSA算法是如何工作的。考虑使用Rabin-Miller素数检验算法生成两个素数p和q。Rabin-Miller素数测试算法确定一个数是否为素数,使用这两个质数并计算它们的模量,n。(模量,N=pxq)

公钥包括模量(n)和一个公钥指数,e。公钥指数的值不需要是秘密的,因为每个人都可以访问公钥。它通常被认为是65537。

私钥由一个模量(n)和一个私有指数d(由扩展欧几里得算法计算,找到关于n的整数的乘法逆)。(你知道吗?该扩展欧几里得算法是欧几里得算法的一个推广。它计算两个整数(a,b)的最大公约数(a,b)和Bézout恒等式的系数(x,y),这样ax+by=最大公约数(a,b))

RSA密钥长度通常是1024位,但政府和一些行业标准要求使用2048位的最小密钥长度以提高安全性。

4.2数字签名算法(DSA)

数字签名算法是一种用于生成电子签名的公钥加密算法。它允许收件人验证发件人的身份,并验证消息的来源。

有趣的是,发送方使用私钥设置他们的电子签名,由接收方通过相应的公钥进行验证。简单地说,私钥是唯一的,个人或实体可以使用它。但是,任何人都可以使用公钥来验证消息的来源,因为它对所有人都可用。

数字签名算法具有相当大的优势,但签名长度比其他签名算法要小。它的计算速度比较慢,并且需要较少的存储空间才能工作。

4.3椭圆曲线密码算法(ECC)

椭圆曲线密码学是一种利用椭圆曲线理论生成高效、有效的密码密钥的公钥密码学。ECC通过椭圆曲线方程的性质生成密钥,而不是考虑分解两个大素数。

它在移动应用程序中很受欢迎,因为它使用256位密钥与RSA等其他加密系统使用3072位密钥提供相同级别的安全性,同时使用更低的计算能力和更少的电池资源。

随着量子计算的不断发展,依赖于分解两个大素数的加密算法将更容易破解。ECC和Quantum密钥分发可能是未来一段时间内加密数据的最佳合理替代方案。

4.4 TLS/SSL中的公钥加密

TLS/SSL协议通过利用非对称和对称加密确保网络上的加密通信,同时提供端到端的数据安全性。在TLS/SSL握手过程中,服务器同意使用加密算法。网站保存具有公钥的TLS/SSL 证书,而私钥则安装在服务器上。

然后使用确定的加密算法和相应的密钥对客户端和服务器之间的通信进行加密。它有助于保护消息免受黑客的恶意攻击,并确保客户端和服务器之间的安全通信。

在整个过程中,不需要共享加密密钥。接收者的公钥用于加密只有接收者的私钥才能解密的消息。

5.公钥加密是否更好?

公钥加密包括使用两个密钥,提供比对称加密更安全的加密方法。公钥加密中并没有私钥交换,消除了密钥管理的麻烦。相比之下,如果交换的私钥在对称加密中被盗或丢失,可能会危及整个系统。

公钥加密遵循一个复杂的消息加密过程。与对称加密相比需要更多的时间和资源,但它提供了更高级别的安全性。它还对数字证书进行加密,即使受到黑客恶意攻击的损害,也无法访问他们。

加密的选择将取决于其用途、设备的性质、存储能力、计算能力、安全级别和其他元素。根据这些参数,对称和非对称加密系统都有它们的优点和缺点。

6.公钥密码学的好处

使用公钥加密的主要优势是更稳健的数据安全性。由于用户不必向任何人分享、传输或透露他们的私钥,因此它减少了网络犯罪分子拦截私钥并利用其解密通信的风险。

它帮助用户解决在使用私密钥加密时面临的密钥分发挑战。它使组织能够维护数据的机密性和完整性,从而实现更稳健的信息安全性。

除了加密强度,公钥密码学还使用户能够验证数字身份,同时确保不可否认性。这些优势使得非对称加密成为受欢迎的加密选择,从Pretty Good Privacy (PGP)和HTTPS到OpenID Connect(OIDC)和WebAuthN。

7.公钥加密面临的挑战

公钥加密的主要缺点是执行加密过程的速度较慢。因为它需要复杂的数学运算,涉及庞大的素数分解,需要更多的计算能力和存储空间来生成一对公钥和私钥。

公钥加密的一些常见挑战是:

  • 蛮力攻击:计算能力高的计算机可以通过运用广泛的搜索来找到私钥的详细信息。
  • 编程挑战:在实施公钥加密之前,用户可能必须经历艰难的学习曲线过程。
  • 密钥管理:虽然在发送方和接收方之间不需要进行密钥交换,但发送方仍然必须自己管理自己的私钥。

8.加密设备

为了您的安全堆栈配备加密软件,并保护所有需要保密的通信。公钥加密可以帮助您使用复杂的加密机制为您的数据提供强大的保护。

除了加密和其他安全防御措施外,您还将能够确保信息安全并遵守合规标准。

数字证书基础原理

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