网络安全简述
网络安全概述
网络安全就是信息安全。而信息安全的核心就在于密码技术，很多高校开设的有密码学，实际上就是研究数学领域内如何保证信息安全。
Kerckhoffs原则：密码系统的安全性不应依赖于其算法的保密性，而是应该建立在密钥的保密之上。
理论上来说，密码都是可以破解的，但是不同的密码技术所需要的成本截然不同。
密码技术的常见手段有三类：
1、替换
2、换位
3、一次性填充
加密技术/算法
分类：
| 加密技术 | 例子 |
|---|---|
| 对称加密 | DES 3DES 2DEA AES DC4/5 |
| 非对称加密 | RSA SM2 |
| 哈希 | MD5 SHA SM3 |
对称加密技术/算法
简而言之就是： 加解密的密钥相同
常见有: DES 3DES AES 等等
其中值得一提的是：
AES 是可以使用硬件来实现的，因此在运算速度上具备优势，分组为128位，密钥长度（120/192/256位）。
3DES 的加密流程是 先使用Key1 对信息加密 再使用Key2 对信息解密 再使用Key1进行加密，总共有三步，但是只使用了两个密钥。
3DES加密流程详解
3DES（Triple DES）是对DES算法的增强，通过三次DES操作来提高安全性。其加密流程如下：
流程说明
-
第一步：DES加密
- 使用 Key1 对明文进行DES加密
- 这是标准的DES加密操作
-
第二步：DES解密
- 使用 Key2 对第一步的结果进行DES解密
- 注意：这里使用的是解密操作，但密钥不同
-
第三步：DES加密
- 再次使用 Key1 对第二步的结果进行DES加密
- 最终得到密文
密钥使用总结
- Key1: 用于第一步加密和第三步加密
- Key2: 用于第二步解密
- 总共使用两个密钥完成三次DES操作
安全性特点
- 有效密钥长度：112位（两个56位DES密钥）
- 抗暴力破解能力：2¹¹²次尝试
- 兼容性：可以解密使用单DES加密的数据
注意：在实际应用中，Key1和Key2应该是两个不同的密钥，如果使用相同的密钥，3DES会退化为单DES。
非对称加密技术/算法
公钥加密 + 私钥解密 = 信息保密
私钥加密 + 公钥解密 = 数字签名
公钥和私钥是一对钥匙 ，类似于电视剧中，男女主通过玉佩相识。这一对钥匙均属于一个主体，且私钥要保存妥当，原则上只有主体知道。
常见有RSA 加密 其密钥长度为 512位或者1024位。
RSA加密流程详解
RSA是目前最经典的非对称加密算法，其核心在于公钥和私钥的使用顺序决定了加密的目的。下面通过流程图和对比来说明。
RSA加密流程图（信息保密场景）
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发送方操作
发送方
使用接收方的公钥加密
密文传输
接收方使用自己的私钥解密
接收方获得明文
RSA签名流程图（身份认证场景）
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发送方操作
发送方
使用自己的私钥加密（签名）
签名+原文传输
接收方使用发送方的公钥解密（验签）
确认发送方身份
公钥私钥使用顺序对比
| 场景 | 加密方使用的密钥 | 解密方使用的密钥 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 信息保密 | 接收方的公钥 | 接收方的私钥 | 保证只有接收方才能解密 |
| 数字签名 | 发送方的私钥 | 发送方的公钥 | 保证信息确实来自发送方 |
关键区别
-
信息保密场景：先公钥后私钥
- 发送方用接收方的公钥加密
- 接收方用自己的私钥解密
- 公钥公开，任何人都能加密，但只有持有私钥的接收方才能解密
-
数字签名场景：先私钥后公钥
- 发送方用自己的私钥加密（签名）
- 接收方用发送方的公钥解密（验签）
- 私钥只有发送方持有，因此能证明信息确实来自发送方
核心要点：公钥加密、私钥解密 用于保密通信；私钥加密、公钥解密用于身份认证。两者的使用顺序恰好相反，这正是非对称加密的精髓所在。
混合加密
既然 对称加密 加密信息具备优势，而非对称加密 在传递信息上具备优势，因此结合起来，利用*对称密钥加密信息 ，使用非对称加密加密密钥，既能加密信息又保障了密钥不易第三方获取。
哈希算法
哈希 最出名的特点就在于：
将任意长度的内容转化为固定长度的哈希值
特点
1、不可逆性 无法 通过哈希值还原 原内容
2、抗碰撞性 很难找到两个不同 的输入使得它们的哈希值相同
3、雪崩效应 原信息变动 一个比特也会使得哈希值大变
常见算法
| 算法 | 数据分组 | 哈希值长度 |
|---|---|---|
| MD5 | 512位 | 128位 |
| SHA | 512位 | 160位 |
| SM3 | 512位 | 256位 |
应用场景
1、文件校验
下载软件或大文件时，官方会同时公布文件的哈希值（如 MD5、SHA-256）。下载完成后本地计算哈希值，与官方公布值比对，一致则说明文件在传输过程中未被篡改或损坏。
2、密码存储
网站存储用户密码时，不保存明文，而是保存密码的哈希值。用户登录时，将输入的密码做同样的哈希运算，与数据库中的哈希值比对。即使数据库泄露，攻击者也无法直接得到明文密码。
3、用户身份认证（HMAC）
HMAC（Hash-based Message Authentication Code，基于哈希的消息认证码） 是哈希在身份认证中的典型应用。它结合了哈希函数 与共享密钥，既能验证消息的完整性，又能确认消息确实来自持有密钥的合法用户。
HMAC 认证流程
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不一致
用户
输入账号密码
服务端生成随机挑战值 nonce
用户用共享密钥计算 HMAC(密钥, nonce)
用户将 HMAC 值发送给服务端
服务端用同一密钥计算 HMAC
比对两个 HMAC 值
认证通过
认证失败
HMAC 认证示例
以用户登录为例：
- 用户发起登录请求：用户输入账号和密码，向服务端请求登录。
- 服务端下发挑战值 ：服务端生成一个随机数
nonce并发送给用户。 - 用户计算 HMAC ：用户使用共享密钥 （登录时协商好的密钥）对
nonce计算 HMAC 值，连同账号一起发送给服务端。 - 服务端验证 ：服务端用数据库中保存的同一共享密钥，对同一个
nonce计算 HMAC 值，与用户发来的 HMAC 值比对。 - 判定结果：两个 HMAC 值一致 → 认证通过；不一致 → 认证失败。
关键点：HMAC 的安全性同时依赖哈希函数的单向性 和共享密钥的保密性。攻击者即使截获了 HMAC 值，也无法反推出密钥；没有密钥，也无法伪造出合法的 HMAC 值。因此 HMAC 常用于 API 接口签名、Token 校验等身份认证场景。