浅谈加密基础设施
0x00 前言
讲加密基础设施前，会介绍一下密码学基础，不过需要先声明一下的是我仅仅是能理解并应用。所以如果文中笔误，还请读者及时指出。如果只需要关注加密基础设施建设的一些经验，可直接跳至第二节——0x02.
0x01 密码学基础
以下章节中的密码学基础部分的知识主要总结自《图解密码技术》读书笔记，本节图片系原文所载。有个朋友说这个是神书，我觉得大可不必，不过确切是本好书，因为能够帮助数学基础不是很好的读者快速了解密码学基础。
1. 受到的部分威胁和对应的密码技术
2. 基本的密码技术与常识
基本密码技术分为六部分：对称密码（Symmetric Cryptography)，非对称密码(Asymmetric Cryptography)，单向散列函数，消息认证码，数字签名，伪随机数生成器。
大部分密钥技术中都需要密钥，这里面有个值得参考的观点是————密钥与明文是等价的 (即如果明文价值100w，那密钥也就值100w。)
以下是各种不同的密钥：
3. 对称密码
对称密码可以分为两类：序列密码和分组密码。如其名，序列密码单独加密每个位，分组密码加密明文分组。 分组密码（Block Cipher)每次只能处理特定长度的一块（Block），下面主要介绍分组密码。
对称密码的加解密主要依赖是比特的异或计算， 假设明文是010101,密钥是111111， 那么异或得到的密文就是101010， 翻过来密文进行解密时候同密钥进行异或就可以得到010101
0 XOR 0 = 0
0 XOR 1 = 1
1 XOR 0 = 1
1 XOR 1 = 03.1 DES与3DES
DES全称是Data Encryption Standard, 1977年被FIPS采用，基本结构为Feistel网络/结构。目前不应被用于现有或新的加密用途。
Feistel网络中，加密和解密可以用完全相同的结构实现，加密的各个步骤被称为轮，轮数可以任意增加。
DES就是一种16轮循环的Feistel网络。 即每次输入输出后左右侧对调，然后使用新的子密钥通过轮函数进行异或。下面是一个三轮的Feistel网络。记住DES是16轮的。
而3DES就是将DES重复3次得到的。
不过可以发现3DES加密过程是加密-解密（这一步是为了能够向下兼容）-加密，如果DES密钥1，2，3相同那么其实3DES就和DES是一样的。 如果1，2，3完全使用不同的密钥就叫DES-3DES,如果1，3相同，2不同就是DES-EDE2。
3DES目前暂时允许使用，但不应用于新用途。
3.2 AES
全称是Advanced Encryption Standard，由NIST选拔作为FIPS标准。我最开始的时候以为AES是一种，其实AES是由一系列算法选拔得到的。1997年开始募集（15个算法中5个入围），2000年选定分组密码Rijndael（by比利时密码学家Joan Daemen & Vincent Rijmen）。
Rijndael也是由多个轮构成，不过用的是SPN结构，不再是Feistel网络。主要分为SubBytes（16字节分组进行处理，获得一张拥有256个值的替换表S-Box）, ShiftRows(以4字节为单位的行进行某种规则向左平移，每一行平移的字节数不同), MixColumns（对1个4字节值进行比特运算）, AddRoundKey（将MixColumns的输出与轮密钥进行异或）。完成从SubBytes->AddRoundKey算是1轮，Rijndael结构需要重复10-14轮，解密时顺序相反，方向相反即可。AddRoundKey -> InvMixColumns -> InvShiftRows -> InvSubBytes
3.3 填充模式的优劣对比
分组意味着能处理特定长度的，针对任意长度的就要对分组密码进行迭代，迭代的方式成为模式。
OFB模式与CTR模式的对比
CFB模式与OFB模式的对比
4. 非对称密码
又称为公钥密码(Public-Key Cryptography), 主要是依托于人类目前尚无法快速求解离散对数的原理。
4.1 RSA
4.1.1 RSA的加密和解密
4.1.2 签名与验签
一般有两种形式，一种是直接对消息签名，另一种是对消息的散列值进行签名。
4.2 ECC
全称为Elliptic Curve Cryptography 椭圆曲线密码。
主要包含三个方面:
基于椭圆曲线的公钥密码
基于椭圆曲线的数字签名
基于椭圆曲线的密钥交换
4.2.1 DH交换
4.3 应用与攻击方式:
应用:
公钥证书
SSL/TLS
攻击方式:
中间人攻击
对单向散列函数的攻击
利用数字签名攻击公钥密码
潜在伪造
4.4 混合密码系统
简单来说就是用非对称密码保护对称密钥，用对称密钥进行对数据的加解密。
加密
解密
5. 单向散列函数
英文名 One-way hash function，又称作消息摘要函数（Message digest function）、哈希函数、杂凑函数。输入成为消息(message)也成为原像（Message digest）, 输出为散列值(hash value)也成为消息摘要（Message digest）或者指纹（fingerprint）
能够辨别出是否被篡改，但无法识别伪装。
特性:
应用:
检测软件是否篡改
基于口令的加密
消息认证码
数字签名
伪随机数生成器
一次性口令
常见的单向散列函数:
MD4、 MD5
SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512
RIPEMD-160
SHA-3
6. 消息验证码
英文名 Message Authentication Code， 输入为任意长度的消息和一个发送者与接收者之间共享的密钥，输出为固定长度的数据，即MAC值。
能够辨别篡改和伪装，但无法解决对第三方证明，以及防止否认
6.1 实现方法
6.2 应用与攻击方式
应用:
SWIFT (参考电子支付基础的一些分享资料)
IPsec
SSL/TLS
攻击方式:
重放攻击
密钥推测攻击
7. 伪随机数生成
很多地方都会用到随机数，生成密钥，密钥对，初始化向量，Nonce，盐。但是软件是没有办法生成真正的随机数的，软件生成的都是伪随机数。
生成伪随机数有以下几种方法:
杂乱的方法
线性同余法
单向散列函数法
密码法
ANSI X9.17
8. PGP
略，可参考，PGP: Pretty Good Privacy - Garfinkel Simson
9. 关于密码系统的信息安全常识
不要使用保密的密码算法
使用低强度的密码比不进行任何加密更危险
任何密码总有一天都会被破解
一次性密码本理论上是无法破译的，但实际过程因为面临密钥配送问题，保存问题，重用问题，同步问题，生成问题而没有得到使用。
盐主要是防御字典攻击的
0x02 加密基础设施
这里先介绍常规做基础设施需要的特性有哪些，然后针对每一种不同的不同的设施稍作补充。 图是临时画的，包含了去做一套加密基础设施涉及到的不同方面。下面我会简单介绍图中的几块。
（绘制by作者）
Integration(Application/System)
Logging Management
Monitoring Management
Identify Management
Access Management
etc...
Optimization (Tech/Operation/...)
Workflow & Pipeline
Support Template
HW/SW Performance
Scenario
etc ...
Customer Service (Application/User/...)
Support Service
Self Service
在知道在做某些Solution时需要考虑到的点后，我们看下加密基础设施的大概Scope是什么样的（绘制by作者）:
以PKI进行举例(之前曾经总结过, 以及另), 在确定了建设PKI的方案后，对逻辑架构和物理架构进行设计，同时包含了与其他系统/服务（日志，监控，权限，加密机等）的整合，在系统进行部署并提供服务后。继续建设整合服务，例如提供Support template， Customer Service，以及提供一定的SDK让其他系统/应用进行调用。不同功能的CA产生的不同证书提供给不同的应用或用户，其中提供给员工用于访问内部系统的证书是不是可以通过MDM工具推送到员工的Laptop，以及LB上的用于提供TLS服务的证书，以及所有需要根证书的地方等等。尽量优化日常运营中繁复的工作。
同样的针对HSM，KMS或者说Secret Management之类的也是类似的做法。
0x03 总结
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。