区块链加密算法小探(二)

2018-04-10 本文已影响19人 WallisW

前言

上篇我们大概认识了哈希，对称和非对称加密算法，混合加密机制，这一次继续认识下OpenSSL加密标准，PKI加密体系，以及同态加密的概念。

(5)OpenSSL标准

OpenSSL 是一个安全套接字层密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及SSL()协议，并提供丰富的应用程序供测试或其它目的使用。

OpenSSL并不是一种加密算法，它只是为加密算法提供了一个标准。我们这里用OpenSSL加密标准实现以下RSA加密。

"""
    @author: chaors

    @file: RSA.py

    @time: 2018/04/10 21:00

    @desc: 非对称加密算法:openSSL
"""

import rsa
import base64  #编码库
from OpenSSL.crypto import PKey  #处理公钥
from OpenSSL.crypto import TYPE_RSA, FILETYPE_PEM, FILETYPE_ASN1  #处理文件
from OpenSSL.crypto import dump_privatekey, dump_publickey  #key写入文件

pk = PKey()  #调用openssl加密标准
pk.generate_key(TYPE_RSA, 1024)  #1024位rsa类型
print(pk)

#秘钥写入文件
pubkey_file = dump_publickey(FILETYPE_PEM, pk)
privatekey_file = dump_privatekey(FILETYPE_ASN1, pk)

#秘钥读取
pubkey = rsa.PublicKey.load_pkcs1_openssl_pem(pubkey_file)
privatekey = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(privatekey_file, "DER")
# privatekey1 = rsa.PublicKey.load_pkcs1_openssl_pem(privatekey_file)

print(pubkey.save_pkcs1())
print(privatekey.save_pkcs1())
# print(pubkey, privatekey, privatekey1)

data = rsa.encrypt("自古多情空余恨，此恨绵绵无绝期".encode("utf-8"), pubkey)  #加密
data = base64.b64encode(data)
print(data)
data_d = rsa.decrypt(base64.b64decode(data), privatekey)  #解密
print(data_d.decode("utf-8"))

(6)PKI加密体系

PKI并不代表某个特定的密码学技术和流程，PKI是建立在公私钥基础上实现安全可靠传递消息和身份确认的一个通用框架。实现了PKI的平台可以安全可靠地管理网络中用户的密钥和证书，包括多个实现和变种，知名的有RSA公司的PKCS（Public Key CryptographyStandards）标准和X.509规范等。

一般情况下，PKI至少包括如下组件：

CA（Certification Authority）：负责证书的颁发和作废，接收来自RA的请求，是最核心的部分；
RA（Registration Authority）：对用户身份进行验证，校验数据合法性，负责登记，审核过了就发给CA；
证书数据库：存放证书，一般采用LDAP目录服务，标准格式采用X.500 系列。

CA 是最核心的组件，主要完成对证书的管理。

常见的流程为，用户通过RA 登记申请证书，CA 完成证书的制造，颁发给用户。用户需要撤销证书则向CA 发出申请。

之前章节内容介绍过，密钥有两种类型：用于签名和用于加解密，对应称为签名密钥对和加密密钥对。

用户证书可以有两种方式。一般可以由 CA 来生成证书和私钥；也可以自己生成公钥和私钥，然后由 CA 来对公钥进行签发。后者情况下，当用户私钥丢失后，CA 无法完成恢复。

PKI体系的简单使用

"""
    @author: chaors

    @file: PKIDemo.py

    @time: 2018/04/10 21:56

    @desc: PKI体系
"""

from  Crypto import  Random  #随机数
from  Crypto.Hash import SHA  #哈希
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as CPKCS1_v1_5  #PKI体系加解密标准
from  Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as SPKCS1_v1_5  #PKI体系签名标准
from Crypto.PublicKey import RSA
import base64

rand_maker = Random.new().read  #随机数生成器
rsa = RSA.generate(1024, rand_maker)  #RSA实例
#生成秘钥
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
private_pem = rsa.exportKey()

#保存秘钥
with open("master-public.pem", "wb") as file:
    file.write(public_pem)
with open("master-private.pem", "wb") as file:
    file.write(private_pem)

msg = "桃花树下桃花庵"
#加解密
with open("master-public.pem", "rb") as file:  #读取公钥加密
    key = file.read()  #读取key
    rsakey = RSA.importKey(key)  #导入key
    cipher = CPKCS1_v1_5.new(rsakey)  #遵循KPI标准
    cipher_txt = base64.b64encode(cipher.encrypt(msg.encode()))
    print("PKI encrypt:", cipher_txt)

with open("master-private.pem", "rb") as file:  #读取私钥解 密
    key = file.read()  #读取key
    rsakey = RSA.importKey(key)  #导入key
    cipher = CPKCS1_v1_5.new(rsakey)  #遵循KPI标准
    txt = cipher.decrypt(base64.b64decode(cipher_txt), rand_maker)
    print("PKI decrypt:", txt.decode())

#签名
with open("master-private.pem", "rb") as file:  #读取私钥签名
    key = file.read()  #读取key
    rsakey = RSA.importKey(key)  #导入key
    signer = SPKCS1_v1_5.new(rsakey)  #PKI体系签名工具
    digest = SHA.new()  #签名算法
    digest.update(msg.encode())  #导入签名数据
    sign = signer.sign(digest)  #签名
    signature = base64.b64encode(sign)  #编码
    print("PKI Sign:", signature)

with open("master-public.pem", "rb") as file:  #读取公钥验签
    key = file.read()  # 读取key
    rsakey = RSA.importKey(key)  # 导入key
    signer = SPKCS1_v1_5.new(rsakey)  # PKI体系签名工具
    digest = SHA.new()  # 签名算法
    digest.update(msg.encode())  # 导入签名数据
    print("PKI SignVerify:", signer.verify(digest, base64.b64decode(signature)))

(7)同态加密

同态加密（Homomorphic Encryption）是一种特殊的加密方法，允许对密文进行处理得到仍然是加密的结果，即对密文直接进行处理，跟对明文进行处理再加密，得到的结果相同。从代数的角度讲，即同态性。

同态加密在云时代的意义十分重大。目前，从安全角度讲，用户还不敢将敏感信息直接放到第三方云上进行处理。如果有了比较实用的同态加密技术，则大家就可以放心的使用各种云服务了。遗憾的是，目前已知的同态加密技术需要消耗大量的计算时间，还远达不到实用的水平。

如果我们有一个加密函数 f , 把明文A变成密文A’, 把明文B变成密文B’，也就是说 f(A) = A’ ， f(B) = B’ 。另外我们还有一个解密函数 f1能够将 f 加密后的密文解密成加密前的明文。

对于一般的加密函数，如果我们将A’和B’相加，得到C’。我们用f1对C’进行解密得到的结果一般是毫无意义的乱码。

但是，如果 f 是个可以进行同态加密的加密函数，我们对C’使用 f1进行解密得到结果C，这时候的C = A + B。

"""
    @author: chaors

    @file: HomomorphicEncryption.py

    @time: 2018/04/10 22:33

    @desc: 同态加密
"""

import numpy as np

#制造key
def create_key(w, m, n):
    S = (np.random.rand(m, n)*w/(2**16))  #随机数 max(S) < w

    return S
#加密
def encypt(x,
           S,  #秘钥
           m,
           n,  #范围
           w):  #向量
    e = (np.random.rand(m))  #随机数
    c = np.linalg.inv(S).dot((w*x)+e)  #加密

    return c
#解密
def decrypt(c, S, w):

    return (S.dot(c)/w).astype("int")  #解密

if __name__ == '__main__':
    x = np.array([1, 99, 250, 999, 33, 66, 512, 4096])
    print("x:",x)

    m = len(x)
    n = m
    w = 16
    S = create_key(w, m, n)
    print("key:", S)
    c = encypt(x, S, m, n, w)
    print("同态加密:", c)
    print("同态解密:", decrypt(c, S, w))
    #s*c = wx+e

这个同态加密小白我也是第一次听，看着多少还是有点懵逼。还不是太懂，不过今天就只能写到这了。

区块链加密算法小探(二)

前言

(5)OpenSSL标准

(6)PKI加密体系

PKI体系的简单使用

(7)同态加密

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