1.引言
密碼加密方法可以是通過一定規律平移（凱撒密碼）、替換（Enigma）進行編碼。密碼破解可以是暴力破解和頻率分析。密鑰本身是一個巨大的數字或者密鑰空間的大小（由密鑰長度決定）
2.密碼學常用的算法：
對稱加密：DES、三重DES、AES(現在最流行使用，安全性最好，也就是Rijndael算法)。
非對稱加密（公鑰密碼）：RSA（密文=明文E次方modN，{E,N}組合是公鑰，明文=密文D次方modN，{D,N}組合是私鑰，現在最流行使用，利用對大整數N的質因分解難度）EIGamal(利用mod N下求離散對數的難度，密文是明文兩倍)、Rabin(利用mod N下求平方根的難度)、橢圓曲線密碼（ECC，秘鑰比RSA短。利用求橢圓曲線上特定點的特殊乘法運算的逆運算的困難度）
偽隨機數生成算法：線性同余法（不具預測性，不用於密碼技術）、單向散列函數、密碼法、ANSI X9.17（ANSI X9.31）
單向散列函數：MD4（已經不使用）、MD5（已經被破解）、SHA-1（SHA-160，最大長度：2的64次方-1)、SHA-2（SHA-256、SHA-384、SHA-512，最大長度：2的128次方-1）、SHA-3(Keccak算法，SHA-3-224、SHA-3-256、SHA-3-384、SHA-3-512)。數據完整性檢查，防止被篡改。
3.實際應用
（1）消息認證碼（MAC）：
雙方持有同樣的秘鑰，防止偽裝，確認發送方身份，是確認完整性與身份認證的技術，但無法由第三方證明某一方否認消息是否曾發送。根據任意長度的消息，通過過雙方共享的密鑰，計算生成固定長度數據。可以認為消息驗證碼是一種 與密鑰相關聯的單向散列函數。A將B所發送的MAC與A自己生成的MAC進行對比，如果兩者一致則認證成功。HMAC(SHA-2實現)、AES-CMAC（AES的CBC模式）流密碼和公鑰密碼。
認證加密（消息認證碼+對稱加密AE或AEAD）：Encrypt-then-MAC（Encrypt-and-MAC、MAC-and-Encrypt，防止偽造密文，讓服務器解密來套取信息的攻擊）、GCM（GMAC，AES128+CTR分組模式）、CCM（AES128+CBC分組模式）
防止重放攻擊（加序列號、加時間戳、nonce通信前發送一個一次性隨機數）
（2）數字簽名：
識別篡改和偽裝，並且防止否認，保證特定的簽名者與特定的消息是綁定一起的，但無法解決解簽的公鑰是否是真正發送者發出的問題，即公鑰的合法性。利用RSA非對稱加解密算法，基於私鑰只有一人持有的事實來保證簽名認證的唯一性，而公鑰可以多人持有進行驗證簽名的特點，而不是基於機密性的特點。
私鑰加密->公鑰解密
公鑰加密->私鑰解密
簽名->私鑰加密（一般不會對整個消息進行私鑰加密，加密數據量大加密慢、發送數據量增大。消息+簽名（消息的散列值+私鑰加密））
驗簽->公鑰解密
簽名算法：RSA、EIGamal、DSA、ECDSA、Rabin
（3）證書（公鑰證書）：
證書=公鑰+認證機構對該公鑰施加的簽名，通過可信賴的第三方，即認證機構保證公鑰的合法性。
證書一般有：
（4）PKI（公鑰基礎設施）：
由用戶、認證機構、證書倉庫組成
用戶向機構發起的操作：
生成密鑰對（可以用戶自己生成）
注冊公鑰，申請證書
申請作廢已注冊
機構和用戶有關的操作：
提供CRL（證書作廢清單）、查詢用戶自己的證書是否過期
證書的層級結構：
A（根CA，對自己的公鑰簽名稱為自簽名）->B(B的公鑰由A簽發認證)->C(C的公鑰由B簽發認證).........->用戶（用戶的公鑰由N機構簽發）
A/B/C/用戶
簽名流程：
A（根CA，對自己的公鑰簽名稱為自簽名）
B 生成公鑰由A簽發認證
C 生成公鑰由B簽發認證
用戶 生成公鑰由C簽發認證（可以是C生成秘鑰對，或者自己生成密鑰對）
驗簽流程：
用戶1使用根CA證書里的公鑰，對根CA平台頒發給B的證書進行驗簽->用戶1使用B的公鑰，對CA平台B頒發給C的證書進行驗簽->用戶1使用C的公鑰，對CA平台C頒發給用戶2的證書進行驗簽
一般根CA的公鑰內置在操作系統，或者用戶到官網自行下載
（5）密鑰生成:
1.硬件隨機數器件或偽隨機生成算法生成
2.口令生成秘鑰：口令的單向散列函數的輸出作為密鑰 或者 口令+隨機數（鹽）用單向散列函數輸出作為密鑰。一般用於自己加密，自己解密，防止別人看到加密的東西，如進入計算機系統、加密文檔
內容加密密鑰：CEK
密鑰加密密鑰：KEK，一般口令+鹽生成
（6）解決密鑰配送方法：
1.事先共享秘鑰（線下處理，但基本不使用）
2.密鑰分配中心解決。秘鑰中心生成所有員工的秘鑰，用戶注冊時是線下取自己秘鑰，當A用戶向B用戶發起通信，秘鑰中心將生成臨時會話秘鑰，臨時會話秘鑰將會通過A用戶的秘鑰加密后，發送給A用戶，A用戶解密得到臨時會話秘鑰。B用相同的方法也得到臨時會話秘鑰，A和B進行加密會話。（仍然是不安全的，是基於事先共享秘鑰，用計算機管理所有秘鑰，一旦計算機被入侵或故障，將無法保證安全性）
3.Diffie-Hellman密鑰交換。
4.使用公鑰密碼
密鑰交換技術：
Diffie-Hellman密鑰交換：
G的（A*B）次方mod P
P是很大的質數（不需保密，用戶1向用戶2發送）
G是P的生成元，可以是較大的數字（不需保密，用戶1向用戶2發送）
A是用戶1生成的隨機數（需要保密，只有用戶1自己知道）
B是用戶2生成的隨機數（需要保密，只有用戶2自己知道）
用戶1和用戶2交換 G的A次方mod P G的B次方mod P
經過簡化運算，用戶1和2得到相同秘鑰：G的（A*B）次方mod P
（7）SSL/TLS/HTTPS：
TLS（傳輸層安全）是在SSL3.0（安全套接層）基礎上設計的協議，可以理解為SSL3.1,現在一般不會分開來說，直接說SSL/TLS加密通信。HTTPS是在SSL/TSL之上承載HTTP協議。
TLS分為握手協議和記錄協議，握手協議用於協商密碼算法和共享秘鑰，記錄協議用於負責對消息加密和消息認證碼（壓縮解壓縮、加密解密、計算和校驗MAC等）。
握手協議分為4個部分：握手協議/密碼規格變更協議/警告協議和應用數據協議
握手協議：
密碼規格變更協議：用於密碼切換同步，傳達變更密碼方式的信號。客戶端也可以重新發起握手請求再次變更密碼套件。
警告協議：用於發生錯誤時通知通信對象，如握手產生的異常、消息認證碼錯誤、壓縮數據無法壓縮等
應用數據協議：用於傳輸上層應用數據，如HTTP的請求與響應。
TLS記錄協議：負責消息的片段分割、壓縮、加密、數據認證。計算消息認證碼時一般會加入片段的編號，防止重放攻擊。加密使用對稱加密算法，CBC模式，CBC模式的初始向量（IV）通過主密碼生成 ，對稱密碼的算法、共享秘鑰由握手協議提供。從TLS 1.3開始，協議就禁用了TLS壓縮，防止CRIME漏洞攻擊。
主密碼生成：使用RSA公鑰密碼時，客戶端在發送ClientKeyExchange消息時，將經過加密的預備主密碼（生成的公鑰）一起發送給服務器。使用Diffie-hellman秘鑰交換時，客戶端在發送ClientKeyExchange消息時，將Diffie-hellman公開值發送到服務器，服務器和客戶端計算出相同的預備主密碼。再根據預備主密碼計算出主密碼（對稱加密的密鑰、消息認證的秘鑰、CBC初始化向量）
