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密码学

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视频笔记：加密算法之 — — 密码学详解

密码学概论，讲述密码学运用领域和使用场景

网络安全 && 数据安全

示例：控制台 —> /var/log —> apache2 服务器 （明文传输数据，不安全！）

原则：

  1. 在网络上不允许明文传输用户隐私信息；
  2. 在本地不允许明文保存用户隐私信息；

加密 — 密码学

base64 编码

可以将二进制数据进行编码，编码成只有 65 个字符的文本文件（字符）！

字符：0 ～9, az, AZ, +/=

编码后文件数据会比原有文件大 1/3 左右。

原理

base64 编码：8 位的二进制 ASCII 编码 —> 6 位的 base64 编码

base64 编码表：

0～63，64 个字符，还有 = 表示空格，总共 65 个字符。

示例：

Man 转换为 base64 编码：TWFu

M 的 ASCII 编码 十进制为 77 ，二进制为 01001101：

前 6 位二进制 010011 （十进制为 19）在上面的 base64 编码表中为 T 。

因此 M ➡ T 。

空格情况

因为是把 8 个字节转换为 6 个字节进行编码，势必会产生位数不对应的问题。因此会使用 0 来补齐，用 = 表示全 0 的情况。（注意到 base64 总会编码补齐为 4 个字符一组）

因此，单独的 M 用 base64 编码 ➡ TQ==

Objective-C 代码

// base64编码
- (NSString *)base64Encode:(NSString *)string {
    // 1.将字符串转换为二进制
    NSData *data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    // 2.二进制数据进行编码
    return [data base64EncodedStringWithOptions:0];
}

// base64解码
- (NSString *)base64Decode:(NSString *)string {
    // 1.字符串转换为二进制
    NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:string options:0];
    // 2.解码
    return [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

哈希算法 \ 对称加密 \ 非对称加密 算法简介

上世纪 70 年代开始 RSA — 非对称加密算法

RSA — 非对称加密算法

  • 公钥加密，私钥解密；
  • 私钥加密，公钥解密；

哈希（散列）函数

  • MD5
  • SHA1\SHA256\SHA512
  • HMAC

对称加密算法

  • DES
  • 3DES
  • RC2、RC4
  • AES (高级密码标准，美国国家安全局使用、Apple 钥匙串访问使用、Lastpass 使用了 256 位的 AES 密钥)，以目前现阶段计算机的运行效率，要暴力破解 AES 加密算法，需要上千万年。

散列函数

算法都是公开的。

  • 对相同的数据加密，得到的结果是一样的。
  • 对不同的数据加密，得到的结果是定长的。（比如 MD5 对不同的数据加密，得到 32 个字符）
  • 加密之后的数据是没法解密的。（不可逆运算）

MD5 加密

GitHub 源码：jerilimov/NSHash——NSData、NSString 的分类，添加了 MD5、SHA1、SHA256、SHA512 加密算法

NSString *pwd = @"123456";
pwd = [pwd MD5];
NSLog(@"MD5 = %@",pwd);
// MD5 = e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e

像 MD5 这样的加密算法是无法反向解密的，但是对相同的数据加密，得到的结果是一样的。

于是 CMD5 利用散列函数的这种特性，将加密前的数据和加密后的数据进行映射保存，可以实现反向查询。

将刚才 123456 加密后的 MD5 输入，可以反向查询出原始数据：

MD5 加盐：对数据先加盐，再进行 MD5 加密，可以增加结果的复杂度

/* 盐，足够长，足够复杂，足够咸*/
static NSString *slat = @"5O9Jc!9%N^6Kd*dcS9Or$&fSVWmC^xku2@Lg0xd8CL0Sl$omN6zQS7c7YrHhtwn@";

NSString *pwd = @"123456";
pwd = [[pwd stringByAppendingString:slat] MD5];
NSLog(@"MD5 = %@",pwd);
// MD5 = 04f60881265e2b240b217f8deaaa8e12

再将此 MD5 密码放到该网站上进行查询：

没有查到，结果显示，被反向查询出来的难度就会加大。

缺点：盐是固定的，如果盐被泄露，数据就会不安全。

HMAC 加密

//-----------------------------------------------------
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface NSString (Hash)
- (NSString *)hmacMD5StringWithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA1StringWithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA256StringWithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA512StringWithKey:(NSString *)key;
@end

#import "NSString+Hash.h"
#import <CommonCrypto/CommonHMAC.h>
@implementation NSString (Hash)

- (NSString *)hmacMD5StringWithKey:(NSString *)key
{
    return [self hmacStringUsingAlg:kCCHmacAlgMD5 withKey:key];
}
- (NSString *)hmacSHA1StringWithKey:(NSString *)key
{
    return [self hmacStringUsingAlg:kCCHmacAlgSHA1 withKey:key];
}
- (NSString *)hmacSHA256StringWithKey:(NSString *)key
{
    return [self hmacStringUsingAlg:kCCHmacAlgSHA256 withKey:key];
}
- (NSString *)hmacSHA512StringWithKey:(NSString *)key
{
    return [self hmacStringUsingAlg:kCCHmacAlgSHA512 withKey:key];
}
#pragma mark - Helpers
- (NSString *)hmacStringUsingAlg:(CCHmacAlgorithm)alg withKey:(NSString *)key
{
    size_t size;
    switch (alg) {
        case kCCHmacAlgMD5:
            size = CC_MD5_DIGEST_LENGTH;
            break;
        case kCCHmacAlgSHA1:
            size = CC_SHA1_DIGEST_LENGTH;
            break;
        case kCCHmacAlgSHA224:
            size = CC_SHA224_DIGEST_LENGTH;
            break;
        case kCCHmacAlgSHA256:
            size = CC_SHA256_DIGEST_LENGTH;
            break;
        case kCCHmacAlgSHA384:
            size = CC_SHA384_DIGEST_LENGTH;
            break;
        case kCCHmacAlgSHA512:
            size = CC_SHA512_DIGEST_LENGTH;
            break;
        default:
            return nil;
    }

    NSData *keyData = [key dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSData *messageData = [self dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSMutableData *mutableData = [NSMutableData dataWithLength:size];
    CCHmac(alg, keyData.bytes, keyData.length, messageData.bytes, messageData.length, mutableData.mutableBytes);
    return [self stringFromBytes:(unsigned char *)mutableData.bytes length:(int)mutableData.length];
}
- (NSString *)stringFromBytes:(unsigned char *)bytes length:(int)length
{
    NSMutableString *mutableString = @"".mutableCopy;
    for (int i = 0; i < length; i++)
        [mutableString appendFormat:@"%02x", bytes[i]];
    return [NSString stringWithString:mutableString];
}
@end

测试

// HMAC 用一个密钥加密，并且做了两次散列。
// 在实际的开发中，密钥来自于服务器。——对应一个帐号，一个KEY
NSString *pwd = @"123456";
pwd = [pwd hmacMD5StringWithKey:@"Key"];
NSLog(@"MD5 = %@",pwd);
// MD5 = a7cac7471d2c9eb7a944e07d44d305ca

将此 MD5 密码放到该网站上查询也是查不到的。

项目实际使用流程：

  1. 服务器根据用户帐号生成 KEY，发送给客户端；
  2. 客户端获得 KEY 并保存到本地，使用 KEY 对数据进行 HMAC 加密，将加密后的数据发送给服务器；
  3. 服务器对加密后对数据进行验证。

客户端登录时，没有 KEY 就先根据帐号从服务器获取 KEY 保存到本地，再将获得的 KEY 对密码进行加密。

防止 KEY 泄露，对 KEY 进行非对称加密、定期更换 KEY。

QQ 设备锁：

  • 本地有 KEY—— 为授权手机。
  • 本地没有 KEY，未授权设备，需要允许服务器发送 KEY。允许一次登录，本地不保存 KEY，允许多次登录，保存 KEY 到本地。
  • 短信验证码登录获取 KEY。
  • 申诉获取 KEY。

HMAC 加密 + 时间戳（不加秒）

之前：

验证方式：HMAC 密码直接匹配是否正确。

现在：

客户端：（HMAC 密码 +“201711010358”）.MD5 校验

服务器：

  1. （HMAC 密码 +“201711010359”）.MD5 校验
  2. （HMAC 密码 +“201711010358”）.MD5 校验

密码验证有效期最长 2 分钟，超过 2 分钟，验证失败。

有经验的服务器人员，会在返回数据时，返回时间戳。

登录等待时间，不要超过 6 秒！！！提示用户：你的网络不稳定，请稍后再试！

终端测试命令：

md5 -s "string" #这是 Apple 用的 openssl 标准进行的MD5加密

MD5 使用场景，百度搜索引擎 (拆词搜索思路) 运用 以及百度云盘文件识别运用

搜索引擎的拆词搜索 && 词库

无论搜索 Apple Blue Sky, 还是搜索 Sky Blue Apple, 得到的返回结果是一样的。

原理

先计算各个单词的 MD5

  • MD5 (“Apple”) = 9f6290f4436e5a2351f12e03b6433c3c
  • MD5 (“Blue”) = 9594eec95be70e7b1710f730fdda33d9
  • MD5 (“Sky”) = 03462a41aec357b74c89eb8d272532f7

然后再对 MD5 值进行按位相加，得到的结果是一样的。

再去搜索匹配结果的数据。

散列碰撞：两个不同的数据，哈希之后，得到相同的哈希值！

从理论的角度出发，有无限个碰撞可能！

MD5 32 为字符，它能表达的数据个数是有限的，而被加密的数据是无限个。

SHA512/

其他使用场景

通过数据的散列值，判断数据是否相等，保存云盘数据（相同的数据在云上保存一份）。

正版软件使用哈希进行文件识别。

对下载后的软件安装版进行 MD5 校验，判断安装包是否被污染。

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