【CRYPTO笔记】加密方式总结

简介

密码学(Cryptography)一般可分为古典密码学和现代密码学。

其中,古典密码学,作为一种实用性艺术存在,其编码和破译通常依赖于设计者和敌手的创造力与技巧,并没有对密码学原件进行清晰的定义。古典密码学主要包含以下几个方面:

单表替换加密(Monoalphabetic Cipher)
多表替换加密(Polyalphabetic Cipher)
奇奇怪怪的加密方式

而现代密码学则起源于 20 世纪中后期出现的大量相关理论,1949 年香农(C. E. Shannon)发表了题为《保密系统的通信理论》的经典论文标志着现代密码学的开始。现代密码学主要包含以下几个方面:

对称加密(Symmetric Cryptography),以 DES,AES,RC4 为代表。
非对称加密(Asymmetric Cryptography),以 RSA,ElGamal,椭圆曲线加密为代表。
哈希函数(Hash Function),以 MD5,SHA-1,SHA-512 等为代表。
数字签名(Digital Signature),以 RSA 签名,ElGamal 签名,DSA 签名为代表。

其中,对称加密体制主要分为两种方式:

分组密码(Block Cipher),又称为块密码。
序列密码(Stream Cipher),又称为流密码。

一般来说,密码设计者的根本目标是保障信息及信息系统的

机密性(Confidentiality)
完整性(Integrity)
可用性(Availability)
认证性(Authentication)
不可否认性(Non-repudiation)

其中,前三者被称为信息安全的 CIA 三要素 。

而对于密码破解者来说,一般是要想办法识别出密码算法,然后进行暴力破解,或者利用密码体制的漏洞进行破解。当然,也有可能通过构造虚假的哈希值或者数字签名来绕过相应的检测。

一般来说,我们都会假设攻击者已知待破解的密码体制,而攻击类型通常分为以下四种:

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古典密码

ASCII编码

ASCII编码大致可以分作三部分组成:

第一部分是:ASCII非打印控制字符(参详ASCII码表中0-31);

第二部分是:ASCII打印字符,也就是CTF中常用到的转换:

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摩尔斯电码

摩尔斯电码(英语:Morse code)是一种时通时断的信号代码,通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。是由美国人艾尔菲德·维尔(Alfred Lewis Vail)与萨缪尔·摩尔斯(Samuel Finley Breese Morse)在1836年发明。

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凯撒密码

凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制,在古罗马的时候都已经很流行,他的基本思想是:通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。明文中的所有字母都在字母表上向后(或向前)按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。广义上的凯撒是位移的。

栅栏密码

栅栏密码(Rail-fence Cipher)就是把要加密的明文分成N个一组,然后把每组的第1个字符组合,每组第2个字符组合…每组的第N(最后一个分组可能不足N个)个字符组合,最后把他们全部连接起来就是密文。

Base64

base64、base32、base16可以分别编码转化8位字节为6位、5位、4位。16,32,64分别表示用多少个字符来编码,这里我注重介绍base64。Base64常用于在通常处理文本数据的场合,表示、传输、存储一些二进制数据。包括MIME的email,email via MIME,在XML中存储复杂数据。

编码原理:Base64编码要求把3个8位字节转化为4个6位的字节,之后在6位的前面补两个0,形成8位一个字节的形式,6位2进制能表示的最大数是2的6次方是64,这也是为什么是64个字符(A-Z,a-z,0-9,+,/这64个编码字符,=号不属于编码字符,而是填充字符)的原因,这样就需要一张映射表,如下:

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举个例子(base64):

源文本:T h e

对应ascii码:84 104 101

8位binary:01010100 01101000 01100101

6位binary:010101 000110 100001 100101

高位补0:000010101 00000110 00100001 00100101

对应ascii码:21 6 33 37

查表:V G h l

XXencode编码

XXencode将输入文本以每三个字节为单位进行编码。如果最后剩下的资料少于三个字节,不够的部份用零补齐。这三个字节共有24个Bit,以6bit为单位分为4个组,每个组以十进制来表示所出现的数值只会落在0到63之间。以所对应值的位置字符代替。它所选择的可打印字符是:+-0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz,一共64个字符。跟base64打印字符相比,就是UUencode多一个“-” 字符,少一个”/” 字符。

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在线编码

UUencode编码

UUencode是一种二进制到文字的编码,最早在unix 邮件系统中使用,全称:Unix-to-Unix encoding,UUencode将输入文本以每三个字节为单位进行编码,如果最后剩下的资料少于三个字节,不够的部份用零补齐。三个字节共有24个Bit,以6-bit为单位分为4个组,每个组以十进制来表示所出现的字节的数值。这个数值只会落在0到63之间。然后将每个数加上32,所产生的结果刚好落在ASCII字符集中可打印字符(32-空白…95-底线)的范围之中。

源文本: The quick brown fox jumps over the lazy dog

编码后: `M5&AE(‘%U:6-K(&)R;W=N(&9O>”!J=6UP

在线编码

URL编码

url编码又叫百分号编码,是统一资源定位(URL)编码方式。URL地址(常说网址)规定了常用地数字,字母可以直接使用,另外一批作为特殊用户字符也可以直接用(/,:@等),剩下的其它所有字符必须通过%xx编码处理。 现在已经成为一种规范了,基本所有程序语言都有这种编码,如js:有encodeURI、encodeURIComponent,PHP有 urlencode、urldecode等。编码方法很简单,在该字节ascii码的的16进制字符前面加%. 如 空格字符,ascii码是32,对应16进制是’20’,那么urlencode编码结果是:%20。

源文本: The quick brown fox jumps over the lazy dog

编码后:%54%68%65%20%71%75%69%63%6b%20%62%72%6f%77%6e%20%66%6f%78%20%6a%75%6d%70%73%20%6f%76%65%72%20%74%68%65%20%6c%61%7a%79%20%64%6f%67

在线编码

Unicode编码

Unicode编码有以下四种编码方式:

源文本: The

&#x [Hex]: The

&# [Decimal]: The

\U [Hex]: \U0054\U0068\U0065

\U+ [Hex]: \U+0054\U+0068\U+0065

在线编码

Escape/Unescape编码

Escape/Unescape加密解码/编码解码,又叫%u编码,采用UTF-16BE模式, Escape编码/加密,就是字符对应UTF-16 16进制表示方式前面加%u。Unescape解码/解密,就是去掉”%u”后,将16进制字符还原后,由utf-16转码到自己目标字符。

源文本: The

编码后: %u0054%u0068%u0065

HTML实体

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敲击码

敲击码(Tap code)是一种以非常简单的方式对文本信息进行编码的方法。因该编码对信息通过使用一系列的点击声音来编码而命名,敲击码是基于5×5方格波利比奥斯方阵来实现的,不同点是是用K字母被整合到C中。

敲击码表:

  1  2  3  4  51 A  B C/K D  E2 F  G  H  I  J 3 L  M  N  O  P4 Q  R  S  T  U5 V  W  X  Y  Z

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文本加密

文本加密可以将正常文本内容打乱为不可连读的文字或符号(汉字 数字 字母 音乐符号 国际音标 盲文 韩文 日文 傣文 彝文 箭头符号 花朵符号 俄文),换行等格式信息也会被清除,达到加密的作用。在进行文本加密时可以设定一个密码,这样只有知道密码的人才能解密文本。密码可以是数字、字母和下划线,最多九位。

在线编码

shellcode编码

源文本: The quick brown fox jumps over the lazy dog

编码后:

\x54\x68\x65\x7f\x71\x75\x69\x63\x6b\x7f\x62\x72\x6f\x77\x6e\x7f\x66\x6f\x78\x7f\x6a\x75\x6d\x70\x73\x7f\x6f\x76\x65\x72\x7f\x74\x68\x65\x7f\x6c\x61\x7a\x79\x7f\x64\x6f\x67

Quoted-printable 编码

源文本: 敏捷的棕色狐狸跳过了懒惰的狗

编码后:

=E6=95=8F=E6=8D=B7=E7=9A=84=E6=A3=95=E8=89=B2=E7=8B=90=E7=8B=B8=E8=B7=B3=E8=BF=87=E4=BA=86=E6=87=92=E6=83=B0=E7=9A=84=E7=8B=97

在线编码

埃特巴什码

埃特巴什码(Atbash Cipher)是一种以字母倒序排列作为特殊密钥的替换加密,也就是下面的对应关系:

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

明文: the quick brown fox jumps over the lazy dog

密文: gsv jfrxp yildm ulc qfnkh levi gsv ozab wlt

在线编码

ROT5/13/18/47

ROT5/13/18/47是一种简单的码元位置顺序替换暗码。此类编码具有可逆性,可以自我解密,主要用于应对快速浏览,或者是机器的读取。

ROT5 是 rotate by 5 places 的简写,意思是旋转5个位置,其它皆同。下面分别说说它们的编码方式:

ROT5:只对数字进行编码,用当前数字往前数的第5个数字替换当前数字,例如当前为0,编码后变成5,当前为1,编码后变成6,以此类推顺序循环。

ROT13:只对字母进行编码,用当前字母往前数的第13个字母替换当前字母,例如当前为A,编码后变成N,当前为B,编码后变成O,以此类推顺序循环。

ROT18:这是一个异类,本来没有,它是将ROT5和ROT13组合在一起,为了好称呼,将其命名为ROT18。

ROT47:对数字、字母、常用符号进行编码,按照它们的ASCII值进行位置替换,用当前字符ASCII值往前数的第47位对应字符替换当前字符,例如当前为小写字母z,编码后变成大写字母K,当前为数字0,编码后变成符号_。用于ROT47编码的字符其ASCII值范围是33-126,具体可参考ASCII编码,下面以rot13以例。

明文: the quick brown fox jumps over the lazy dog

密文: gur dhvpx oebja sbk whzcf bire gur ynml qbt

在线编码

简单替换密码

简单换位密码(Simple Substitution Cipher)加密方式是以每个明文字母被与之唯一对应且不同的字母替换的方式实现的,它不同于恺撒密码,因为密码字母表的字母不是简单的移位,而是完全是混乱的。 比如:

明文字母 : abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密文字母 : phqgiumeaylnofdxjkrcvstzwb

明文: the quick brown fox jumps over the lazy dog

密文: cei jvaql hkdtf udz yvoxr dsik cei npbw gdm

当密文数据足够多时这种密码我们可以通过字频分析方法破解或其他方法破解,比较好的在线词频分析网站 http://quipqiup.com/index.php (翻= =墙),这里推荐一篇通过”爬山算法”来破解简单替换密码 文章

猪圈密码

猪圈密码(Pigpen Cipher或称九宫格密码、朱高密码、共济会密码或共济会员密码),是一种以格子为基础的简单替代式密码。更多 参考

明文字母和对应密文:undefined

明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

密文:img

在线编码

变种

圣堂武士密码(Templar Cipher)是共济会的“猪圈密码”的一个变种,一直被共济会圣殿骑士用。

明文字母和对应密文:img

其他类似加密密表:

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波利比奥斯方阵密码

波利比奥斯方阵密码(Polybius Square Cipher或称波利比奥斯棋盘)是棋盘密码的一种,是利用波利比奥斯方阵进行加密的密码方式,简单的来说就是把字母排列好,用坐标(行列)的形式表现出来。字母是密文,明文便是字母的坐标。更多 参考

常见的排布方式:

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加密实例:

明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

密文: 442315 4145241325 1242345233 213453 2445323543 442315 31115554 143422

夏多密码(曲折加密)

夏多密码是作者麦克斯韦·格兰特在中篇小说《死亡之链》塑造夏多这一英雄人物中所自创的密码,如下图所示:undefined

注意,在以上所示的字母表密钥的底部,列有四个附加符号1,2,3,4.他们可以放在密文中的任何地方。每个附加符号指示,如何转动写有密文的纸张,再进行后续的加密或解密操作,直到出现另一个附加符号。可以把每个附加符号中的那根线看作是指示针,它指示了纸张的上端朝上,朝右,朝下,朝左。比如说:如果出现符号3,那么纸张就应该转动180度,使其上端朝下; 符号2表示纸张上端朝右,依次类推。

源文本: I AM IN DANGER SEND HELP(我有危险,速来增援)

密文:undefined

维吉尼亚密码

维吉尼亚密码(Vigenère Cipher)是在单一恺撒密码的基础上扩展出多表代换密码,根据密钥(当密钥长度小于明文长度时可以循环使用)来决定用哪一行的密表来进行替换,以此来对抗字频统计,更多 参考

密表:

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在线编码

自动密钥密码

自动密钥密码(Autokey Cipher)是多表替换密码,与维吉尼亚密码密切相关,但使用不同的方法生成密钥,通常来说要比维吉尼亚密码更安全。自动密钥密码主要有两种,关键词自动密钥密码和原文自动密钥密码.下面我们以关键词自动密钥为例:

明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

关键词: CULTURE

自动生成密钥: CULTURE THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE

接下来的加密过程和维吉尼亚密码类似,从密表可得:

密文: VBP JOZGD IVEQV HYY AIICX CSNL FWW ZVDP WVK

在线加解密 传送门

博福特密码

博福特密码(Beaufort Cipher),是一种类似于维吉尼亚密码的代换密码,由弗朗西斯·蒲福(Francis Beaufort)发明。它最知名的应用是Hagelin M-209密码机。博福特密码属于对等加密,即加密演算法与解密演算法相同。

明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

密钥(循环使用,密钥越长相对破解难度越大): CULTURE

加密过程:如果第一行为明文字母,第一列为密文字母,那么沿明文字母’T’列出现密钥字母’C’的行号就是密文字母’J’,以此类推。

密文: JNH DAJCS TUFYE ZOX CZICM OZHC BKA RUMV RDY

在线编码

滚动密钥密码

滚动密钥密码(Running Key Cipher)和维吉尼亚密码有着相同的加密机制,区别是密钥的选取,维吉尼亚使用的密钥简短,而且重复循环使用,与之相反,滚动密钥密码使用很长的密钥,比如引用一本书作为密钥。这样做的目的是不重复循环使用密钥,使密文更难破译,尽管如此,滚动密钥密码还是可以被攻破,因为有关于密钥和明文的统计分析模式可供利用,如果滚动密钥密码使用统计上的随机密钥来源,那么理论上是不可破译的,因为任何可能都可以成为密钥,并且所有的可能性都是相等的。

明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

密钥:选取C语言编程(1978版)第63页第1行”errors can occur in several places. A label has…”,去掉非字母部分作为密钥(实际选取的密钥很长,长度至少不小于明文长度)。

加密过程:加密过程和维吉尼亚密码加密过程相同

密文: XYV ELAEK OFQYH WWK BYHTJ OGTC TJI DAK YESR

在线编码

Porta密码

Porta密码(Porta Cipher)是一个由意大利那不勒斯的医生Giovanni Battista della Porta发明的多表代换密码,Porta密码具有加密解密过程的是相同的特点。

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明文: THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG

密钥(循环使用,密钥越长相对破解难度越大): CULTURE

加密过程:明文字母’T’列与密钥字母’C’行交点就是密文字母’F’,以此类推。

密文: FRW HKQRY YMFMF UAA OLWHD ALWI JPT ZXHC NGV

在线编码

键盘密码

一般用到的键盘密码就是手机键盘和电脑键盘两种,2014 0ctf比赛里Crypto类型中Classic一题就是电脑键盘密码,详细可以 参考 ,另外给出另外一些 参考 情况。

ppencode

ppencode-Perl把Perl代码转换成只有英文字母的字符串。

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ppencode 传送门

rrencode

rrencode可以把ruby代码全部转换成符号。

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rrencode 传送门

jjencode/aaencode

jjencode将JS代码转换成只有符号的字符串,类似于rrencode。可以将JS代码转换成常用的网络表情,也就是我们说的颜文字js加密。

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aaencode 传送门

JSfuck

JSFuck 可以让你只用 6 个字符 [ ]( ) ! + 来编写 JavaScript 程序。

JSfuck 传送门

jother

jother是一种运用于javascript语言中利用少量字符构造精简的匿名函数方法对于字符串进行的编码方式。其中8个少量字符包括: ! + ( ) [ ] { } 。只用这些字符就能完成对任意字符串的编码。

jother编码 传送门

brainfuck

Brainfuck是一种极小化的计算机语言,按照”Turing complete(完整图灵机)”思想设计的语言,它的主要设计思路是:用最小的概念实现一种“简单”的语言,BrainF**k 语言只有八种符号,所有的操作都由这八种符号( > < + - . , [ ] )的组合来完成。

brainfuck 传送门

Rabbit密码

明文I Love You小可爱无密匙加密后密文为U2FsdGVkX1/ouFei55jKdzY1fWNS4jxHVNf/AfKWjnBrOGY=

明文I Love You 521无密匙加密后密文为U2FsdGVkX19DvuEo5PvBA8TuLrM2t+EZBvUkzlAa

明文I Love You 521密匙为666加密后密文为U2FsdGVkX18w6vxXxux/ivRVwo3xMzTxmUyk7cHz

在线编码

现代密码

非对称加密

RSA

如果没有 RSA 算法,现在的网络世界毫无安全可言,也不可能有现在的网上交易。上一篇文章 ssh 协议为什么安全 中的 ssh 协议也是基于 RSA 加密算法才能确保通讯是加密的,可靠的。

1976年以前,所有的加密方法都使用对称加密算法:加密和解密使用同一套规则。例如:甲使用密钥 A 加密,将密文传递给乙,乙仍使用密钥 A 解密。如果密钥 A 在甲传递给乙的过程中泄露,或者根据已知的几次密文和明文推导出密钥 A,则甲乙之间的通讯将毫无秘密。

1976年,两位美国计算机学家 Whitfield Diffie 和 Martin Hellman,提出了一种崭新构思,可以在不传递密钥的情况下,完成解密。这被称为 Diffie-Hellman密钥交换算法 假如甲要和乙通讯,甲使用公钥 A 加密,将密文传递给乙,乙使用私钥 B 解密得到明文。其中公钥在网络上传递,私钥只有乙自己拥有,不在网络上传递,这样即使知道了公钥 A 也无法解密。反过来通讯也一样。只要私钥不泄漏,通信就是安全的,这就是非对称加密算法。

1977年,三位数学家 Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法,可以实现非对称加密。算法用他们三个人的名字命名,叫做 RSA 算法。直到现在,RSA 算法仍是最广泛使用的”非对称加密算法”。毫不夸张地说,只要有计算机网络的地方,就有 RSA 算法。

下面我以一个简单的例子来描述 RSA 算法。

第一步:生成密钥对,即公钥和私钥。

1:随机找两个质数 P 和 Q ,P 与 Q 越大,越安全。

比如 P = 67 ,Q = 71。计算他们的乘积 n = P * Q = 4757 ,转化为二进为 1001010010101,该加密算法即为 13 位,实际算法是 1024 位 或 2048 位,位数越长,算法越难被破解。

2:计算 n 的欧拉函数 φ(n)。

φ(n) 表示在小于等于 n 的正整数之中,与 n 构成互质关系的数的个数。例如:在 1 到 8 之中,与 8 形成互质关系的是1、3、5、7,所以 φ(n) = 4。 如果 n = P * Q,P 与 Q 均为质数,则 φ(n) = φ(P * Q)= φ(P - 1)φ(Q - 1) = (P - 1)(Q - 1) 。 本例中 φ(n) = 66 * 70 = 4620,这里记为 m, m = φ(n) = 4620

3:随机选择一个整数 e,条件是1< e < m,且 e 与 m 互质。

公约数只有 1 的两个整数,叫做互质整数,这里我们随机选择 e = 101 请注意不要选择 4619,如果选这个,则公钥和私钥将变得相同。

4:有一个整数 d,可以使得 e*d 除以 m 的余数为 1。

即找一个整数 d,使得 (e * d ) % m = 1。 等价于 e * d + 1 = y * m ( y 为整数) 找到 d ,实质就是对下面二元一次方程求解。 e * x - m * y =1 ,其中 e = 101,m = 4620 101x - 4620y =1 这个方程可以用”扩展欧几里得算法”求解,此处省略具体过程。 总之算出一组整数解(x,y )= ( 1601,35),即 d = 1601。 到此密钥对生成完毕。不同的 e 生成不同的 d,因此可以生成多个密钥对。

本例中公钥为 (n,e) = (4757 , 101),私钥为 (n,d) = (4757 ,1601) ,仅(n,e) = (4757 , 101) 是公开的,其余数字均不公开。可以想像如果只有 n 和 e,如何推导出 d,目前只能靠暴力破解,位数越长,暴力破解的时间越长。

第二步:加密生成密文 。

比如甲向乙发送汉字“中”,就要使用乙的公钥加密汉字 “中”, 以 utf-8 方式编码为 [e4 b8 ad],转为 10 进制为 [228,184,173]。要想使用公钥(n,e) = (4757 , 101)加密,要求被加密的数字必须小于 n,被加密的数字必须是整数,字符串可以取 ascii 值或unicode值,因此将“中”字折为三个字节 [228,184,173],分别对三个字节加密。 假设 a 为明文,b 为密文,则按下列公式计算出 b

a^e % n = b

计算 [228,184,173]的密文:

228^101 % 4757 = 4296

184^101 % 4757 = 2458

173^101 % 4757 = 3263

即 [228,184,173]加密后得到密文 [4296,2458,3263] ,如果没有私钥 d ,神仙也无法从 [4296,2458,3263]中恢复 [228,184,173]。

解密生成明文。

乙收到密文 [4296,2458,3263],并用自己的私钥(n,d) = (4757 ,1601) 解密。解密公式如下: 假设 a 为明文,b 为密文,则按下列公式计算出 a

a^d % n = b

密文 [4296,2458,3263]的明文如下:

4296^1601% 4757 = 228

2458^1601% 4757 = 184

3263^1601% 4757 = 173

即密文 [4296,2458,3263] 解密后得到 [228,184,173] 将[228,184,173] 再按 utf-8 解码为汉字 “中”,至此解密完毕。

加密和解密的过程使用了费尔马小定理的两种等价的描述。

最后,问题来了,有没有可能在已知 (n,e) 的情况下,推导出 d。

根据以上密钥对的生成过程:

如果想知道 d 需要知道欧拉函数 φ(n)

如果想知道欧拉函数 φ(n) 需要知道 P 和 Q

要知道 P 和 Q 需要对 n 进行因数分解。

对于本例中的 4757 你可以轻松进行因数分解,但对于大整数的因数分解,是一件很困难的事情,目前除了暴力破解,还没有更好的办法,如果以目前的计算速度,破解需要50年以上,则这个算法就是安全的。 维基百科这样描述:

“对极大整数做因数分解的难度决定了RSA算法的可靠性。换言之,对一极大整数做因数分解愈困难,RSA算法愈可靠。 假如有人找到一种快速因数分解的算法,那么RSA的可靠性就会极度下降。但找到这样的算法的可能性是非常小的。今天只有短的RSA密钥才可能被暴力破解。到2008年为止,世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。 只要密钥长度足够长,用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。”

目前已经破解的最大整数:

1230186684530117755130494958384962720772853569595334792197322452151726400507263657518745202199786469389956474942774063845925192557326303453731548268507917026122142913461670429214311602221240479274737794080665351419597459856902143413 = 33478071698956898786044169848212690817704794983713768568912431388982883793878002287614711652531743087737814467999489 x 36746043666799590428244633799627952632279158164343087642676032283815739666511279233373417143396810270092798736308917

即(232个十进制位,768个二进制位),目前被破解的最长RSA密钥就是768位。实际应用中 RSA 的密钥长度为 1024 位,重要场合 2048 位,未来半个世纪不可能破解。

对称加密

AES

DES有漏洞,三重DES处理速度慢,这就是AES产生的原因。

AES是目前使用最多的对称加密算法。至今尚未被破解。

AES通常用于移动通信系统加密以及基于SSH协议的软件。

AES明文分组的长度为128位即16字节,密钥长度可以为16,24或者32字节(128,192,256位)。根据密钥的长度,算法被称为AES-128,AES-192或者AE-256。

AES加密算法涉及4种操作:字节替代(SubBytes)、行移位(ShiftRows)、列混淆(MixColumns)和轮密钥加(AddRoundKey)。加解密需要经过多轮操作,密钥长度不同轮数也不同:128-10轮,192-12轮,256-14轮。 在线解密

哈希(Hash:散列函数)

简介

Hash,一般翻译做散列、杂凑,或音译为哈希,是把任意长度的输入(又叫做预映射pre-image)通过散列算法变换成固定长度的输出,该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射,也就是,散列值的空间通常远小于输入的空间,不同的输入可能会散列成相同的输出,所以不可能从散列值来确定唯一的输入值。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。

Hash算法可以将一个数据转换为一个标志,这个标志和源数据的每一个字节都有十分紧密的关系。Hash算法还具有一个特点,就是很难找到逆向规律。

Hash算法是一个广义的算法,也可以认为是一种思想,使用Hash算法可以提高存储空间的利用率,可以提高数据的查询效率,也可以做数字签名来保障数据传递的安全性。所以Hash算法被广泛地应用在互联网应用中。

Hash算法也被称为散列算法,Hash算法虽然被称为算法,但实际上它更像是一种思想。Hash算法没有一个固定的公式,只要符合散列思想的算法都可以被称为是Hash算法。

特点

  • 从哈希值不能反向推导出原始数据(所有哈希算法也叫单向哈希算法);

  • 对输入数据非常敏感,哪怕原始数据只修改了一个Bit,最后得到的哈希值大小也大不相同;

  • 散列冲突的概率要很小,对于不同的原始数据,哈希值相同的概率非常小

应用

安全加密

说到哈希算法的应用,最先想到的应该就是安全加密。最常用于加密的哈希算法是MD5(MD5 Message-Digest Algorithm,MD5 消息摘要算法)和SHA(Secure Hash Algorithm,安全散列算法)。除了这两个之外,当然还有很多其他加密算法,比如DES(Data Encryption Standard,数据加密标准)、AES(Advanced Encryption Standard,高级加密标准)。

哈希算法产生的哈希值的长度是固定且有限的。比如前面举的 MD5 的例子,哈希值是固定的 128 位二进制串,能表示的数据是有限的,最多能表示 2^128 个数据,而我们要哈希的数据是无穷的。基于鸽巢原理,如果我们对 2^128+1 个数据求哈希值,就必然会存在哈希值相同的情况。

唯一标识

给每一个图片取一个唯一标识,或者说信息摘要。比如,我们可以从图片的二进制码串开头取 100 个字节,从中间取 100 个字节,从最后再取 100 个字节,然后将这 300 个字节放到一块,通过哈希算法(比如 MD5),得到一个哈希字符串,用它作为图片的唯一标识。通过这个唯一标识来判定图片是否在图库中,这样就可以减少很多工作量。

如果还想继续提高效率,我们可以把每个图片的唯一标识,和相应的图片文件在图库中的路径信息,都存储在散列表中。当要查看某个图片是不是在图库中的时候,我们先通过哈希算法对这个图片取唯一标识,然后在散列表中查找是否存在这个唯一标识。

如果不存在,那就说明这个图片不在图库中;如果存在,我们再通过散列表中存储的文件路径,获取到这个已经存在的图片,跟现在要插入的图片做全量的比对,看是否完全一样。如果一样,就说明已经存在;如果不一样,说明两张图片尽管唯一标识相同,但是并不是相同的图片。

数据校验

电驴这样的 BT 下载软件你肯定用过吧?我们知道,BT 下载的原理是基于 P2P 协议的。我们从多个机器上并行下载一个 2GB 的电影,这个电影文件可能会被分割成很多文件块(比如可以分成 100 块,每块大约 20MB)。等所有的文件块都下载完成之后,再组装成一个完整的电影文件就行了。

我们知道,网络传输是不安全的,下载的文件块有可能是被宿主机器恶意修改过的,又或者下载过程中出现了错误,所以下载的文件块可能不是完整的。如果我们没有能力检测这种恶意修改或者文件下载出错,就会导致最终合并后的电影无法观看,甚至导致电脑中毒。现在的问题是,如何来校验文件块的安全、正确、完整呢?

具体的 BT 协议很复杂,校验方法也有很多,我来说其中的一种思路。

我们通过哈希算法,对 100 个文件块分别取哈希值,并且保存在种子文件中。我们在前面讲过,哈希算法有一个特点,对数据很敏感。只要文件块的内容有一丁点儿的改变,最后计算出的哈希值就会完全不同。所以,当文件块下载完成之后,我们可以通过相同的哈希算法,对下载好的文件块逐一求哈希值,然后跟种子文件中保存的哈希值比对。如果不同,说明这个文件块不完整或者被篡改了,需要再重新从其他宿主机器上下载这个文件块。

哈希长度扩展攻击

简介

哈希长度扩展攻击(hash lengthextensionattacks)是指针对某些允许包含额外信息的加密散列函数的攻击手段。此攻击适用于MD5和SHA-1等基于Merkle–Damgård构造的算法

原理

哈希摘要算法,如MD5、SHA1、SHA2等,都是基于Merkle–Damgård结构。这类算法有一个很有意思的问题:当知道hash(secret + message)的值及secret长度的情况下,可以轻松推算出hash(secret + message||padding||m’)。在这里m’是任意数据,||是连接符,可以为空,padding是secret后的填充字节。hash的padding字节包含整个消息的长度,因此,为了能准确计算出padding的值,secret的长度我们也是需要知道的。

  当我们填充后,服务器算出的原始hash值,正好与我们添加扩展字符串并覆盖初始链变量所计算出来的一样。这是因为攻击者的哈希计算过程,相当于从服务器计算过程的一半紧接着进行下去。提交此hash值便能通过验证了,这就是所谓的哈希长度拓展攻击(Hash Length Extension Attacks)。

例子

这里以一个实验吧题目为例,关键的代码大概如下:

<?php$secret="XXXXXXXXXXXXXXX"; // This secret is 15 characters long for security!$username="admin";$password = $_POST["password"];if($COOKIE["getmein"] === md5($secret . urldecode($username . $password))){    echo "Congratulations! You are a registered user.\n";    die ("The flag is ". $flag);}else{    die("Your cookies don't match up! STOP HACKING THIS SITE.");}?>

在题目里可以得到:

md5($secret."adminadmin")的值为571580b26c65f306376d4f64e53cb5c7

稍微整理下我们已经知道的:

$secret是密文,长度为15,如果再算上后面第一个admin,长度就是20而数据是admin签名(哈希值)是571580b26c65f306376d4f64e53cb5c7

这时候我们使用HashPump,附加数据至少1位以上:

# hashpumpInput Signature: 571580b26c65f306376d4f64e53cb5c7Input Data: adminInput Key Length: 20Input Data to Add: pcat

或者直接

hashpump -s 571580b26c65f306376d4f64e53cb5c7 -d admin -k 20 -a pcat

就会得到

3e67e8f0c05e1ad68020df30bbc505f5admin\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\xc8\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00pcat

第一个是新的签名,把它设置到cookies的getmein里。

第二个先把\x替换为%后,post提交

password=admin%80%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%00%c8%00%00%00%00%00%00%00pcat

就可以通过了。

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