《信息安全技術》實驗一 PGP的原理與使用(macOS High Sierra下實現)
實驗目的
- 理解傳統加密、公鑰加密、混合加密、數字簽名等概念
- 理解公鑰、私鑰、會話密鑰、對稱密鑰等概念及其應用
- 掌握電子郵件安全應用
- 熟悉PGP工具的使用
實驗內容
- 使用PGP進行傳統加密
- 使用PGP進行生成密鑰對
- 使用PGP進行混合方式加密
- 使用PGP進行數字簽名
- 使用PGP交換並驗證公鑰
- 使用PGP分割私鑰
實驗原理
在一個基於公鑰密碼體制的安全應用系統中，假設用戶A和B分別擁有自己的公鑰和私鑰：
- 在產生A和B的密鑰時，如果采用RSA算法，選取的模數n至少為1024位。
- 為了預防A抵賴，B要求A對其發送的消息進行簽名。A將使用A的私鑰對消息簽名；B使用A的公鑰對A的簽名進行驗簽。如果要求對消息保密傳輸，A將使用B的公鑰對消息加密，B使用B的私鑰解密消息。
- 實際應用中為了縮短簽名的長度、提高簽名的速度，而且為了更安全，常對信息的消息摘要進行簽名。
- 實際應用中，通常需要進行身份認證。基於口令的認證簡單易用，但是口令明文存儲與傳輸很不安全，對口令認證機制可以進行如下改進：
- 利用不需使用密鑰的哈希算法加密口令，使口令能夠以密文形式存儲與傳輸。
實驗步驟
一、安裝GPG（macOS High Sierra下）
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訪問GPGTools網站，點擊Download GPG Suite，下載GPG Suite for OS X 2017.1:
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雙擊打開GPG_Suite-2017.1.dmg，運行安裝操作:
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雙擊Install，出現安裝界面，單擊繼續：
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在選擇安裝類型(Installation Type)的時候，選擇自定義安裝(Customize)，單擊自定：
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去掉"GPGMail"前面的勾，單擊安裝：
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再輸入用戶密碼獲取權限，隨后安裝完成。
二、創建PGP密鑰
- 打開GPG，菜單欄中點擊"新建"，彈出"Generate new key pair"窗口，輸入姓名、電子郵件和密碼，創建PGP密鑰：
- 展開"高級選項(Advanced options)"，配置密鑰類型、密鑰長度和有效期：
- 密鑰類型選擇RSA和RSA（默認）：
- 密鑰長度選擇4096字節：
- 有效期選擇一年，點擊"Generate Key"生成密鑰：
- 密鑰類型選擇RSA和RSA（默認）：
- GPG會彈窗提示密碼長度過短QAQ不過由於實驗方便還是就用短一點的密碼吧～點擊"Continue with simple password"繼續生成：
隨后GPG會生成4096個隨機字節：
密鑰成功創建！此時一定要點擊"Upload Public Key"，將公鑰上傳！
密鑰成功生成如下：
三、設置PGP快捷鍵
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點擊"🍎"-->"系統偏好設置"-->"鍵盤"-->"快捷鍵"，點擊左邊的“服務”選項，在右側中找到一系列以“OpenPGP開頭”的操作，把前面的勾去掉：
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打勾啟用以下四個操作，並設置快捷鍵：
- OpenPGP: Decrypt設置為：
control+option+command+minus（-） - OpenPGP: Encrypt設置為：
control+option+command+equals（=） - OpenPGP: Sign設置為：
control+option+command+open bracket（[） - OpenPGP: Verify設置為：
control+option+command+close bracket（]）
- OpenPGP: Decrypt設置為：
四、發送加密郵件
- 選擇郵件內容，按
control+option+command+open bracket進行簽名，GPG會彈窗提示輸入Passphrase：
點擊確認后獲得簽名(SIGNATURE)后的郵件：
- 打開GPG Keychain Access應用，按
command+F輸入接收者的郵箱地址，軟件會去公共密鑰服務器上去搜索郵件接收者的公鑰，如果對方有多個密鑰，選擇最新的一個：
- 會看到一條確認信息，對方的公鑰已經下載完成。點擊"好"關閉：
- 退出GPG Keychain Access回到郵件撰寫頁面，全選郵件內容，按
control+option+command+equals進行加密，系統會彈出一個窗口，咨詢接收者是誰，選擇接收者的公鑰，點擊“OK”。此時，郵件的內容以及加密完成，可以安全發送：
五、解密郵件
- 復制郵件所有內容到文本編輯器Pages，包括“-----BEGIN PGP MESSAGE---”和“-----END PGP MESSAGE---”：
- 選中所有內容，按
control+option+command+minus進行解密，輸入設置的Passphrase，按“OK”就可以看到解密的郵件內容：
得到揭秘之后的消息（待驗簽）：
- 復制消息到Pages，點擊"Pages"-->"服務"-->"OpenPGP:Verify Signature of Selection"驗證簽名：
成功驗證簽名：
思考題
根據PGP的加密原理，說明為什么PGP要比RSA加密速度要快得多。
- 答：PGP不是加密方法，是一個軟件。由於RSA算法是公鑰加密算法，計算過程涉及到很大的冪指數運算，計算量極大，在速度上不適合加密大量數據，所以PGP實際上用來加密的不是RSA本身，而是采用傳統加密算法IDEA，IDEA加解密的速度比RSA快得多。PGP隨機生成一個密鑰，用IDEA算法對明文加密，然后用RSA算法對密鑰加密。收件人同樣是用RSA解出隨機密鑰，再用IEDA解出原文。這樣的鏈式加密既有RSA算法的保密性（Privacy）和認證性（Authentication），又保持了IDEA算法速度快的優勢。