PGP 簡介

本文主要簡介PGP的歷史，PGP的工作流程，以及PGP用到的加密、解密算法，最后簡要介紹PGP的密鑰管理機(jī)制。 PGP(Pretty Good Privacy)，是一個(gè)基于RSA公匙加密體系的郵件加密軟件?？梢杂盟鼘︵]件保密以防止非授權(quán)者閱讀，它還能對郵件加上數(shù)字簽名從而使收信人可以確認(rèn)郵件的發(fā)送者，并能確信郵件沒有被篡改。它可以可以提供一種安全的通訊方式，而事先并不需要任何保密的渠道用來傳遞密匙。它采用了一種RSA和傳統(tǒng)加密的雜合算法，用于數(shù)字簽名的郵件文摘算法，加密前壓縮等，還有一個(gè)良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)。它的功能強(qiáng)大，有很快的速度。而且它的源代碼是免費(fèi)的。 實(shí)際上PGP的功能還包括： PGP可以用來加密文件，還可以用PGP代替UUencode 生成RADIX 64 格式（就是MIME 的 BASE 64格式）的編碼文件。 PGP 的創(chuàng)始人是美國的 Phil Zimmermann。他的創(chuàng)造性在于他把RSA公匙體系的方便和傳統(tǒng)加密體系的高速度結(jié)合起來，并且在數(shù)字簽名和密匙認(rèn)證管理機(jī)制上有巧妙的設(shè)計(jì)。因此PGP成為幾乎最流行的公匙加密軟件包。 1.首先簡要介紹PGP加密系統(tǒng)的流程。PGP加密系統(tǒng)是采用公開密鑰加密與傳統(tǒng)密鑰加密相結(jié)合的一種加密技術(shù)。它使用一對數(shù)學(xué)上相關(guān)的鑰匙，其中一個(gè)（公鑰）用來加密信息，另一個(gè)（私鑰）用來解密信息。 PGP采用的傳統(tǒng)加密技術(shù)部分所使用的密鑰稱為“會(huì)話密鑰”（sek）。每次使用時(shí)，PGP都隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)128位的IDEA會(huì)話密鑰，用來加密報(bào)文。公開密鑰加密技術(shù)中的公鑰和私鑰則用來加密會(huì)話密鑰，并通過它間接地保護(hù)報(bào)文內(nèi)容。 PGP中的每個(gè)公鑰和私鑰都伴隨著一個(gè)密鑰證書。它一般包含以下內(nèi)容： 密鑰內(nèi)容(用長達(dá)百位的大數(shù)字表示的密鑰) 密鑰類型(表示該密鑰為公鑰還是私鑰) 密鑰長度(密鑰的長度，以二進(jìn)制位表示) 密鑰編號(用以唯一標(biāo)識該密鑰) 創(chuàng)建時(shí)間 用戶標(biāo)識 (密鑰創(chuàng)建人的信息，如姓名、電子郵件等) 密鑰指紋(為128位的數(shù)字，是密鑰內(nèi)容的提要表示密鑰唯一的特征) 中介人簽名(中介人的數(shù)字簽名，聲明該密鑰及其所有者的真實(shí)性，包括中介人的密鑰編號和標(biāo)識信息) PGP把公鑰和私鑰存放在密鑰環(huán)(KEYR)文件中。PGP提供有效的算法查找用戶需要的密鑰。 PGP在多處需要用到口令，它主要起到保護(hù)私鑰的作用。由于私鑰太長且無規(guī)律，所以難以記憶。PGP把它用口令加密后存入密鑰環(huán)，這樣用戶可以用易記的口令間接使用私鑰。 PGP的每個(gè)私鑰都由一個(gè)相應(yīng)的口令加密。PGP主要在3處需要用戶輸入口令： 需要解開受到的加密信息時(shí)，PGP需要用戶輸入口令，取出私鑰解密信息 當(dāng)用戶需要為文件或信息簽字時(shí)，用戶輸入口令，取出私鑰加密 對磁盤上的文件進(jìn)行傳統(tǒng)加密時(shí)，需要用戶輸入口令 2.以上介紹了PGP的工作流程，下面將簡介與PGP相關(guān)的加密、解密方法以及PGP的密鑰管理機(jī)制。 PGP是一種供大眾使用的加密軟件。電子郵件通過開放的網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)上的其他人都可以監(jiān)聽或者截取郵件，來獲得郵件的內(nèi)容，因而郵件的安全問題就比較突出了。保護(hù)信息不被第三者獲得，這就需要加密技術(shù)。還有一個(gè)問題就是信息認(rèn)證，如何讓收信人確信郵件沒有被第三者篡改，這就需要數(shù)字簽名技術(shù)。RSA公匙體系的特點(diǎn)使它非常適合用來滿足上述兩個(gè)要求：保密性（Privacy)和認(rèn)證性（Authentication）。 RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一種基于大數(shù)不可能質(zhì)因數(shù)分解假設(shè)的公匙體系。簡單地說就是找兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)，一個(gè)公開即公鑰，另一個(gè)不告訴任何人，即私鑰。這兩個(gè)密匙是互補(bǔ)的，就是說用公匙加密的密文可以用私匙解密，反過來也一樣。 假設(shè)甲要寄信給乙，他們互相知道對方的公匙。甲就用乙的公匙加密郵件寄出，乙收到后就可以用自己的私匙解密出甲的原文。由于沒別人知道乙的私匙，所以即使是甲本人也無法解密那封信，這就解決了信件保密的問題。另一方面由于每個(gè)人都知道乙的公匙，他們都可以給乙發(fā)信，那么乙就無法確信是不是甲的來信。這時(shí)候就需要用數(shù)字簽名來認(rèn)證。 在說明數(shù)字簽名前先要解釋一下什么是“郵件文摘”(message digest)。郵件文摘就是對一封郵件用某種算法算出一個(gè)最能體現(xiàn)這封郵件特征的數(shù)來，一旦郵件有任何改變這個(gè)數(shù)都會(huì)變化，那么這個(gè)數(shù)加上作者的名字（實(shí)際上在作者的密匙里）還有日期等等，就可以作為一個(gè)簽名了。PGP是用一個(gè)128位的二進(jìn)制數(shù)作為“郵件文摘”的，用來產(chǎn)生它的算法叫MD5(message digest 5)。 MD5是一種單向散列算法，它不像CRC校驗(yàn)碼，很難找到一份替代的郵件與原件具有同樣的MD5特征值。 回到數(shù)字簽名上來，甲用自己的私匙將上述的128位的特征值加密，附加在郵件后，再用乙的公匙將整個(gè)郵件加密。這樣這份密文被乙收到以后，乙用自己的私匙將郵件解密，得到甲的原文和簽名，乙的PGP也從原文計(jì)算出一個(gè)128位的特征值來和用甲的公匙解密簽名所得到的數(shù)比較，如果符合就說明這份郵件確實(shí)是甲寄來的。這樣兩個(gè)安全性要求都得到了滿足。 PGP還可以只簽名而不加密，這適用于公開發(fā)表聲明時(shí)，聲明人為了證實(shí)自己的身份，可以用自己的私匙簽名。這樣就可以讓收件人能確認(rèn)發(fā)信人的身份，也可以防止發(fā)信人抵賴自己的聲明。這一點(diǎn)在商業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前途，它可以防止發(fā)信人抵賴和信件被途中篡改。 PGP用的實(shí)際上是RSA和傳統(tǒng)加密的雜合算法。因?yàn)镽SA算法計(jì)算量極大在速度上不適合加密大量數(shù)據(jù)，PGP實(shí)際上用來加密的不是RSA本身，而是采用了一種叫IDEA的傳統(tǒng)加密算法。傳統(tǒng)加密，一般說來說就是用一個(gè)密匙加密明文，然后用同樣的密匙解密。這種方法的代表是DES，也就是乘法加密，它的主要缺點(diǎn)就是密匙的傳遞渠道解決不了安全性問題，不適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境郵件加密需要。IDEA的加（解）密速度比RSA快得多，所以實(shí)際上PGP是以一個(gè)隨機(jī)生成密匙（每次加密不同）用IDEA算法對明文加密，然后用RSA算法對該密匙加密。這樣收件人同樣是用RSA解密出這個(gè)隨機(jī)密匙，再用IDEA解密郵件本身。這樣的鏈?zhǔn)郊用芫妥龅搅思扔蠷SA體系的保密性，又有IDEA算法的快捷性。PGP利用這種鏈?zhǔn)郊用?，既保證了保密性，又保證了加密的速度。 PGP最核心的功能是：文件加密、通信加密和數(shù)字簽名。下面將簡介一些PGP輔助功能，它們雖然不是整個(gè)加密系統(tǒng)的核心，但卻起到了協(xié)調(diào)各部分和方便用戶的作用。這兒主要介紹PGP的密鑰管理機(jī)制。 一個(gè)成熟的加密體系必然要有一個(gè)成熟的密匙管理機(jī)制配套。公匙體制的提出就是為了解決傳統(tǒng)加密體系的密匙分配過程難以保密的缺點(diǎn)。如果密匙是通過網(wǎng)絡(luò)傳送，那么網(wǎng)絡(luò)上其他人就可以通過監(jiān)聽得到。舉個(gè)例子：Novell Netware 的老版本中，用戶的密碼是以明文在線路中傳輸?shù)?，這樣監(jiān)聽者輕易就獲得了他人的密碼。當(dāng)然 Netware 4.1 中數(shù)據(jù)包頭的用戶密碼現(xiàn)在是加密的了。對PGP來說公匙本來就要公開，就沒有防監(jiān)聽的問題。但公匙的發(fā)布中仍然存在安全性問題，例如公匙的被篡改(Public Key Tampering)，這可能是公匙密碼體系中最大的漏洞。必須有一種機(jī)制保證用戶所得到的公鑰是正確的，而不是別人偽造的。下面舉一個(gè)例子來說明這個(gè)問題，以及如何正確地用PGP堵住這個(gè)漏洞。 假設(shè)Mike想給Alice發(fā)封信，那他必須有Alice的公匙。該用戶從BBS上下載了Alice的公匙，并用它加密了信件用BBS的Email功能發(fā)給了Alice。但是，另一個(gè)用戶叫Charlie的用戶潛入BBS，把他自己用Alice的名字生成的密匙對中的公匙替換了Alice的公匙，而參與通信的這兩個(gè)人都不知道。那么Mike用來發(fā)信的公匙就不是Alice的而是Charlie的，一切看來都很正常。于是Charlie就可以用他手中的私匙來解密Mike給Alice的信，甚至他還可以用Alice真正的公匙來轉(zhuǎn)發(fā)Mike給Alice的信，這樣誰都不會(huì)起疑心，他如果想改動(dòng)Mike給Alice的信也沒問題。甚至他還可以偽造Alice的簽名給Mike或其他人發(fā)信，因?yàn)檫@些用戶手中的公匙是偽造的，他們會(huì)以為真是Alice的來信。 防止這種情況出現(xiàn)的最好辦法是避免讓任何其他人有機(jī)會(huì)篡改公匙，比如直接從Alice手中得到她的公匙，然而這在很多情況下是比較困難的。PGP發(fā)展了一種公匙介紹機(jī)制來解決這個(gè)問題。舉例來說：如果Mike和Alice有一個(gè)共同的朋友David，而David知道他手中的Alice的公匙是正確的（關(guān)于如何認(rèn)證公匙，PGP還有一種方法，后面會(huì)談到，這里假設(shè)David已經(jīng)和Alice認(rèn)證過她的公匙）。這樣David可以用他自己的私匙在Alice的公匙上簽名，表示他擔(dān)保這個(gè)公匙屬于Alice。當(dāng)然Mike需要用David的公匙來校驗(yàn)他給出的Alice的公匙，同樣David也可以向Alice認(rèn)證Mike的公匙，這樣David就成為Mike和Alice之間的“介紹人”。這樣Alice或David就可以放心地把David簽過字的Alice的公匙上載到BBS上讓Mike去拿，沒人可能去篡改它而不被發(fā)現(xiàn)，即使是BBS的管理員。這就是從公共渠道傳遞公匙的安全手段。 那么怎么能安全地得到David的公匙呢，確實(shí)有可能Mike拿到的David的公匙也是假的，但這就要求這個(gè)偽造密鑰的人參與這整個(gè)過程，他必須對這三個(gè)人都很熟悉，還要策劃很久，這一般不可能。當(dāng)然，PGP對這種可能也有預(yù)防的建議，那就是由一個(gè)大家普遍信任的人或機(jī)構(gòu)擔(dān)當(dāng)這個(gè)角色，即所謂的“密匙侍者”或“認(rèn)證權(quán)威”（認(rèn)證中心），每個(gè)由他簽字的公匙都被認(rèn)為是真的，這樣大家只要有一份他的公匙就行了，認(rèn)證這個(gè)人的公匙是方便的，因?yàn)樗麖V泛提供這個(gè)服務(wù)，假冒他的公匙是很極困難的，因?yàn)樗墓琢鱾鲝V泛。這樣的“權(quán)威”適合由非個(gè)人控制組織或政府機(jī)構(gòu)充當(dāng)，現(xiàn)在已經(jīng)有等級認(rèn)證制度的機(jī)構(gòu)存在。 對于那些非常分散的人們，PGP更贊成使用私人方式的密匙轉(zhuǎn)介方式，因?yàn)檫@樣有機(jī)的非官方途徑更能反映出人們自然的社會(huì)交往，而且人們也能自由地選擇信任的人來介紹。總之和不認(rèn)識的人們之間的交往一樣。每個(gè)公匙有至少一個(gè)“用戶名”(User ID)，最好再加上本人的Email地址，以免混淆。 3.下面，再介紹如何通過電話認(rèn)證密匙。每個(gè)密匙有它們自己的標(biāo)識（keyID），keyID是一個(gè)八位十六進(jìn)制數(shù)，兩個(gè)密匙具有相同keyID的可能性是幾十億分之一，而且PGP還提供了一種更可靠的標(biāo)識密匙的方法：“密匙指紋”(key"s fingerprint)。每個(gè)密匙對應(yīng)一串?dāng)?shù)字（十六個(gè)兩位十六進(jìn)制數(shù)），這個(gè)指紋重復(fù)的可能就更微乎其微了。而且任何人無法指定生成一個(gè)具有某個(gè)指紋的密匙，密匙是隨機(jī)生成的，從指紋也無法反推出密匙來。這樣當(dāng)拿到某人的公匙后就可以和他在電話上核對這個(gè)指紋，從而認(rèn)證他的公匙。如果無法直接和通信的另一方直接通電話，可以和公鑰介紹機(jī)制中的中間介紹人通電話認(rèn)證該介紹人的公匙，從而通過介紹人認(rèn)證了通信另一方的公匙，這就是直接認(rèn)證和間接介紹的結(jié)合。 這樣又引出一種方法，就是把具有不同人簽名的自己的公匙收集在一起，發(fā)送到公共場合，這樣可以希望大部分人至少認(rèn)識其中一個(gè)人，從而間接認(rèn)證了你的公匙。同樣你簽了朋友的公匙后應(yīng)該寄回給他，這樣就可以讓他可以通過你被你的其他朋友所認(rèn)證。和現(xiàn)實(shí)社會(huì)中人們的交往一樣。PGP會(huì)自動(dòng)為你找出你拿到的公匙中有哪些是你的朋友介紹來的，那些是你朋友的朋友介紹來的，哪些則是朋友的朋友的朋友介紹的……它會(huì)幫你把它們分為不同的信任級別，讓你參考決定對它們的信任程度。你可以指定某人有幾層轉(zhuǎn)介公匙的能力，這種能力是隨著認(rèn)證的傳遞而遞減的。 轉(zhuǎn)介認(rèn)證機(jī)制具有傳遞性，這是個(gè)有趣的問題。PGP的作者Phil Zimmermann說過一句話：“ 信賴不具有傳遞性；我有個(gè)我相信決不撒謊的朋友?？墒撬莻€(gè)認(rèn)定總統(tǒng)決不撒謊的傻瓜，可很顯然我并不認(rèn)為總統(tǒng)決不撒謊。” 上面所說的是關(guān)于公匙的安全性問題，這是PGP安全的核心。另外，和傳統(tǒng)單密匙體系一樣，私匙的保密也是決定性的。相對公匙而言，私匙不存在被篡改的問題，但存在泄露的問題。RSA的私匙是很長的一個(gè)數(shù)字，用戶不可能將它記住，PGP的辦法是讓用戶為隨機(jī)生成的RSA私匙指定一個(gè)口令(pass phase)。只有通過給出口令才能將私匙釋放出來使用，用口令加密私匙的方法保密程度和PGP本身是一樣的。所以私匙的安全性問題實(shí)際上首先是對用戶口令的保密。當(dāng)然私匙文件本身失密也很危險(xiǎn)，因?yàn)槠谱g者所需要的只是用窮舉法（強(qiáng)力攻擊）試探出口令了，雖說很困難但畢竟是損失了一層安全性。需要說明的是：最好不要把私鑰寫在紙上或者某一文件里，因?yàn)檫@樣很容易被別人得到在這里。 PGP在安全性問題上的審慎考慮體現(xiàn)在PGP的各個(gè)環(huán)節(jié)。比如每次加密的實(shí)際密匙是個(gè)隨機(jī)數(shù)，大家都知道計(jì)算機(jī)是無法產(chǎn)生真正的隨機(jī)數(shù)的。PGP程序?qū)﹄S機(jī)數(shù)的產(chǎn)生是很審慎的，關(guān)鍵的隨機(jī)數(shù)像RSA密匙的產(chǎn)生是從用戶敲鍵盤的時(shí)間間隔上取得隨機(jī)數(shù)種子的。對于磁盤上的 randseed.bin 文件是采用和郵件同樣強(qiáng)度的加密的。這有效地防止了他人從randseed.bin文件中分析出加密實(shí)際密匙的規(guī)律來。 4.最后提一下PGP的加密前預(yù)壓縮處理，PGP內(nèi)核使用PKZIP算法來壓縮加密前的明文。一方面對電子郵件而言，壓縮后加密再經(jīng)過7bits編碼密文有可能比明文更短，這就節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間。另一方面，明文經(jīng)過壓縮，實(shí)際上相當(dāng)于經(jīng)過一次變換，信息更加雜亂無章，對明文攻擊的抵御能力更強(qiáng)。PKZIP算法是一個(gè)公認(rèn)的壓縮率和壓縮速度都相當(dāng)好的壓縮算法。在PGP中使用的是PKZIP 2.0版本兼容的算法。 5.參考書目： Philip Zimmermann : “PGP User’s Guide Volume I : Essential Topics” NAI microsoft