消息认证码

1. 消息认证码

1.1 消息认证

消息认证码（message authentication code）是一种确认完整性并进行认证的技术，取三个单词的首字母，简称为MAC。

• 思考改进方案?

  从哈希函数入手

  需要将要发送的数据进行哈希运算, 将哈希值和原始数据一并发送

  需要在进行哈希运算的时候引入加密的步骤

  • 在alice对数据进行哈希运算的时候引入一个秘钥, 让其参与哈希运算, 生成散列值
  • bob对数据校验
    • bob收到原始和散列值之后,
      • 处理原始数据: 通过秘钥和哈希算法对原始数据生成散列值
      • 散列值比较: 生成的散列值 和 接收到的散列值进行比对

1.2 消息认证码的使用步骤

1. 前提条件:
   • 在消息认证码生成的一方和校验的一方, 必须有一个秘钥
   • 双方约定好使用同样的哈希函数对数据进行运算
2. 流程:
   • 发送者:
     • 发送原始法消息
     • 将原始消息生成消息认证码
       • ((原始消息) + 秘钥) * 函数函数 = 散列值(消息认证码)
     • 将消息认证码发送给对方
   • 接收者:
     • 接收原始数据
     • 接收消息认证码
     • 校验:
       • ( 接收的消息 + 秘钥 ) * 哈希函数 = 新的散列值
       • 通过新的散列值和接收的散列值进行比较

1.3 go中对消息认证码的使用

有一个包: crypto/hmac

func New(h func() hash.Hash, key []byte) hash.Hash
- 返回值: hash接口
- 参数1: 函数函数的函数名
	sha1.new
	md5.new
	sha256.new
- 参数2: 秘钥

第二步: 添加数据
type Hash interface {
    // 通过嵌入的匿名io.Writer接口的Write方法向hash中添加更多数据，永远不返回错误
    io.Writer
    // 返回添加b到当前的hash值后的新切片，不会改变底层的hash状态
    Sum(b []byte) []byte
    // 重设hash为无数据输入的状态
    Reset()
    // 返回Sum会返回的切片的长度
    Size() int
    // 返回hash底层的块大小；Write方法可以接受任何大小的数据，
    // 但提供的数据是块大小的倍数时效率更高
    BlockSize() int
}
type Writer interface {
    Write(p []byte) (n int, err error)
}
第三步: 计算散列值

1.4 消息认证码的问题

1. 弊端
   • 有秘钥分发困难的问题
2. 无法解决的问题
   • 不能进行第三方证明
   • 不能防止否认

2. 数字签名

2.1 签名的生成和验证

1. 签名
   • 有原始数据对其进行哈希运算 -> 散列值
   • 使用非对称加密的私钥对散列值加密 -> 签名
   • 将原始数据和签名一并发送给对方
2. 验证
   • 接收数据
     • 原始数据
     • 数字签名
   • 数字签名, 需要使用公钥解密, 得到散列值
   • 对原始数据进行哈希运算得到新的散列值

2.2 非对称加密和数字签名

总结:

1. 数据通信
   • 公钥加密, 私钥解密
2. 数字签名:
   - 私钥加密, 公钥解密

2.3 数字签名的方法

2.4 使用RSA进行数字签名

1. 使用rsa生成密钥对

   1. 生成密钥对
   2. 序列化
   3. 保存到磁盘文件

2. 使用私钥进行数字签名

   1. 打开磁盘的私钥文件

   2. 将私钥文件中的内容读出

   3. 使用pem对数据解码, 得到了pem.Block结构体变量

   4. x509将数据解析成私钥结构体 -> 得到了私钥

   5. 创建一个哈希对象 -> md5/sha1

   6. 给哈希对象添加数据

   7. 计算哈希值

   8. 使用rsa中的函数对散列值签名

      func SignPKCS1v15(rand io.Reader, priv *PrivateKey, hash crypto.Hash, hashed []byte) (s []byte, err error)
      参数1: rand.Reader
      参数2: 非对称加密的私钥
      参数3: 使用的哈希算法
      	crypto.sha1
      	crypto.md5
      参数4: 数据计算之后得到的散列值
      返回值: 
      - s: 得到的签名数据
      - err: 错误信息
      

3. 使用公钥进行签名认证

   1. 打开公钥文件, 将文件内容读出 - []byte

   2. 使用pem解码 -> 得到pem.Block结构体变量

   3. 使用x509对pem.Block中的Bytes变量中的数据进行解析 -> 得到一接口

   4. 进行类型断言 -> 得到了公钥结构体

   5. 对原始消息进行哈希运算(和签名使用的哈希算法一致) -> 散列值

      1. 创建哈希接口
      2. 添加数据
      3. 哈希运算

   6. 签名认证 - rsa中的函数

      func VerifyPKCS1v15(pub *PublicKey, hash crypto.Hash, hashed []byte, sig []byte) (err error)
      参数1: 公钥
      参数2: 哈希算法 -> 与签名使用的哈希算法一致
      参数3: 将原始数据进行哈希原始得到的散列值
      参数4: 签名的字符串
      返回值: 
      	- nil -> 验证成功
      	- !=nil -> 失败
      

2.5 使用椭圆曲线进行数字签名

椭圆曲线在go中对应的包: import "crypto/elliptic"

使用椭圆曲线在go中进行数字签名: import "crypto/ecdsa"

美国FIPS186-2标准, 推荐使用5个素域上的椭圆曲线, 这5个素数模分别是:

P₁₉₂ = 2¹⁹² - 2⁶⁴ - 1

P₂₂₄ = 2²²⁴ - 2⁹⁶ + 1

P₂₅₆ = 2²⁵⁶ - 2²²⁴ + 2¹⁹² - 2⁹⁶ -1

P₃₈₄ = 2³⁸⁴ - 2¹²⁸ - 2⁹⁶ + 2³² -1

P₅₁₂ = 2⁵¹² - 1

1. 秘钥对称的生成, 并保存到磁盘

   1. 使用ecdsa生成密钥对

      func GenerateKey(c elliptic.Curve, rand io.Reader) (priv *PrivateKey, err error)
      

   2. 将私钥写入磁盘

      • 使用x509进行序列化

        func MarshalECPrivateKey(key *ecdsa.PrivateKey) ([]byte, error)
        

      • 将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中

        block := pem.Block{

        Type : "描述....",

        Bytes : MarshalECPrivateKey返回值中的切片字符串,

        }

      • 使用pem编码

        pem.Encode();

   3. 将公钥写入磁盘

      • 从私钥中得到公钥

      • 使用x509进行序列化

        func MarshalPKIXPublicKey(pub interface{}) ([]byte, error)
        

      • 将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中

        block := pem.Block{

        Type : "描述....",

        Bytes : MarshalECPrivateKey返回值中的切片字符串,

        }

      • 使用pem编码

        pem.Encode();

2. 使用私钥进行数字签名

   1. 打开私钥文件, 将内容读出来 ->[]byte

   2. 使用pem进行数据解码 -> pem.Decode()

   3. 使用x509, 对私钥进行还原

      func ParseECPrivateKey(der []byte) (key *ecdsa.PrivateKey, err error)
      

   4. 对原始数据进行哈希运算 -> 散列值

   5. 进行数字签名

      func Sign(rand io.Reader, priv *PrivateKey, hash []byte) (r, s *big.Int, err error)
      - 得到的r和s不能直接使用, 因为这是指针
      	应该将这两块内存中的数据进行序列化 -> []byte
      	func (z *Int) MarshalText() (text []byte, err error)
      

3. 使用公钥验证数字签名

   1. 打开公钥文件, 将里边的内容读出 -> []byte

   2. pem解码 -> pem.Decode()

   3. 使用x509对公钥还原

      func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface{}, err error)
      

   4. 将接口 -> 公钥

   5. 对原始数据进行哈希运算 -> 得到散列值

   6. 签名的认证 - > ecdsa

      func Verify(pub *PublicKey, hash []byte, r, s *big.Int) bool
      - 参数1: 公钥
      - 参数2: 原始数据生成的散列值
      - 参数3,4: 通过签名得到的连个点
      	func (z *Int) UnmarshalText(text []byte) error
      

2.6 数字签名无法解决的问题

-> 得到散列值

6. 签名的认证 - > ecdsa

   func Verify(pub *PublicKey, hash []byte, r, s *big.Int) bool
   - 参数1: 公钥
   - 参数2: 原始数据生成的散列值
   - 参数3,4: 通过签名得到的连个点
   	func (z *Int) UnmarshalText(text []byte) error
   

2.6 数字签名无法解决的问题