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：

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

1. 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

2. 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

3. 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）

RSA签名流程图（身份认证场景）

公钥私钥使用顺序对比

关键区别

1. 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

2. 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

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

HMAC 认证示例

以用户登录为例：

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。