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淺析PGP軟件及其應(yīng)用
[摘要]文章主要介紹了PGP軟件，對(duì)其主要部分和原理進(jìn)行了闡述，并給出了在電子郵件等方面的應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]PGP；加密；電子郵件
1引言
電子郵件在人們的工作中占據(jù)著重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)平均每用戶(hù)每周收到4.4封郵件，發(fā)送3.6封郵件。但是電子郵件的主要協(xié)議如SMTP等是明文傳送的。這些信息在經(jīng)過(guò)不可信的因特網(wǎng)時(shí)，有可能會(huì)被第三方獲得。在重視信息安全的現(xiàn)代社會(huì)，顯然這并符合要求。如何能將這些信息保密，同時(shí)不篡改、不偽造等？本文所介紹的PGP（PrettyGoodPrivacy）就是一種這樣的軟件，它主要應(yīng)用于電子郵件和文件的加密解密。
目前PGP獲得了廣泛的應(yīng)用。但它本身并不是一種加密算法，相反只是將一些加密算法（如RSA、IDEA、AES等）綜合在一起，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的安全軟件包。
PGP主要是由PhilipR.Zimmermann開(kāi)發(fā)的，于1991年在Internet上免費(fèi)發(fā)布。他主要做了如下工作：選擇比較好的算法，例如RSA、IDEA等作為加密算法的基礎(chǔ)構(gòu)件；將這些算法集成在一個(gè)便于用戶(hù)使用的應(yīng)用程序中；制作了軟件包及其文檔，且源代碼免費(fèi)公開(kāi)，以避隱藏后門(mén)之嫌；和公司合作，提供商業(yè)版本等。現(xiàn)在用戶(hù)可以從下載PGP。目前最新版本是9.0。
2原理
PGP結(jié)合了一些大部分人認(rèn)為很安全的算法，包括傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)密鑰加密算法和公開(kāi)密鑰算法，充分利用這兩類(lèi)加密算法的特性，實(shí)現(xiàn)了以下幾種服務(wù)：鑒別、加密、壓縮等。
當(dāng)發(fā)送者PGP加密一段明文時(shí)，PGP首先壓縮明文，然后PGP建立一個(gè)一次性會(huì)話(huà)密鑰，采用傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)加密算法（例如AES等）加密剛才壓縮后的明文，產(chǎn)生密文。然后用接收者的公開(kāi)密鑰加密剛才的一次性會(huì)話(huà)密鑰，隨同密文一同傳輸給接收方。接收方首先用私有密鑰解密，獲得一次性會(huì)話(huà)密鑰，最后用這個(gè)密鑰解密密文。
2.1數(shù)字簽名
數(shù)字簽名能夠保證接收者接收的信息沒(méi)有經(jīng)過(guò)未授權(quán)的第三方篡改，并確信報(bào)文來(lái)自發(fā)信者。PGP使用如下步驟實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名：
2.1.1發(fā)送者創(chuàng)建報(bào)文，然后使用SHA-2等散列算法生成散列代碼，然后使用自己的私有密鑰采用RSA對(duì)散列代碼加密，并將結(jié)果串接在報(bào)文前面。
2.1.2接收者使用發(fā)送者的公開(kāi)密鑰，采用RSA解密得到散列代碼，然后和根據(jù)接收到的報(bào)文重新計(jì)算的散列代碼比較，如果匹配，則接受報(bào)文。
目前，PGP使用的散列函數(shù)包括：SHA-2（256bit）、SHA-2（384bit）、SHA-2（512bit）、SHA-1（160bit）、RIPEMD（128bit）、MD-5（128bit）等。
2.2壓縮
壓縮是為了減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間和磁盤(pán)空間，提高安全性：壓縮減少了明文中上下文相關(guān)信息。（當(dāng)然如果文件太短或者壓縮性能不好，則不壓縮。）
PGP在簽名之后加密之前對(duì)報(bào)文進(jìn)行壓縮。它使用了有Jean-lupGailly，MarkAdler，RichardWales等編寫(xiě)的ZIP壓縮算法。
2.3加密
PGP對(duì)每次會(huì)話(huà)的報(bào)文進(jìn)行加密后傳輸，它采用的加密算法包括：AES-256、AES-192、AES-128、CAST、3DES、IDEA、Twofish等。例如使用AES密鑰最長(zhǎng)可達(dá)256bit，這已經(jīng)足夠安全了。
這里需要指出，PGP結(jié)合了常規(guī)密鑰加密和公開(kāi)密鑰加密算法，一是時(shí)間上的考慮，對(duì)稱(chēng)加密算法比公開(kāi)密鑰加密速度快大約10000倍；二是公開(kāi)密鑰解決了會(huì)話(huà)密鑰分配問(wèn)題，因?yàn)橹挥薪邮照卟拍苡盟接忻荑�解密一次性會(huì)話(huà)密鑰。PGP巧妙的將常規(guī)密鑰加密和公開(kāi)密鑰加密結(jié)合起來(lái)，從而使會(huì)話(huà)安全得到保證。
2.4密鑰管理
在PGP里面，最有特色的或許就是它的密鑰管理。PGP包含四種密鑰：一次性會(huì)話(huà)密鑰、公開(kāi)密鑰、私有密鑰和基于口令短語(yǔ)的常規(guī)密鑰。
用戶(hù)使用PGP時(shí)，應(yīng)該首先生成一個(gè)公開(kāi)密鑰/私有密鑰對(duì)。其中公開(kāi)密鑰可以公開(kāi)，而私有密鑰絕對(duì)不能公開(kāi)。PGP將公開(kāi)密鑰和私有密鑰用兩個(gè)文件存儲(chǔ)，一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)該用戶(hù)的公開(kāi)/私有密鑰，稱(chēng)為私有密鑰環(huán)；另一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)其他用戶(hù)的公開(kāi)密鑰，稱(chēng)為公開(kāi)密鑰環(huán)。
為了確保只有該用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)私有密鑰環(huán)，PGP采用了比較簡(jiǎn)潔和有效的算法。當(dāng)用戶(hù)使用RSA生成一個(gè)新的公開(kāi)/私有密鑰對(duì)時(shí)，輸入一個(gè)口令短語(yǔ)，然后使用散列算法（例如SHA-1）生成該口令的散列編碼，將其作為密鑰，采用CAST-128等常規(guī)加密算法對(duì)私有密鑰加密，存儲(chǔ)在私有密鑰環(huán)中。當(dāng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)私有密鑰時(shí)，必須提供相應(yīng)的口令短語(yǔ)，然后PGP根據(jù)口令短語(yǔ)獲得散列編碼，將其作為密鑰，對(duì)加密的私有密鑰解密。通過(guò)這種方式，就保證了系統(tǒng)的安全性依賴(lài)于口令的安全性。
下面介紹PGP的公開(kāi)密鑰管理。假設(shè)A想要獲得B的公開(kāi)密鑰，可以采取幾種方法，包括拷貝給A、通過(guò)電話(huà)驗(yàn)證公開(kāi)密鑰是否正確、從雙方都信任的人C那里獲得、從認(rèn)證中心獲得等。PGP并沒(méi)有建立認(rèn)證中心這樣的概念，它采用信任機(jī)制。公開(kāi)密鑰環(huán)上的每個(gè)實(shí)體都有一個(gè)密鑰合法性字段，用來(lái)標(biāo)識(shí)信任程度。信任級(jí)別包括完全信任、少量信任、不可信任和不認(rèn)識(shí)的信任等。當(dāng)新來(lái)一個(gè)公開(kāi)密鑰時(shí)，根據(jù)上面附加的簽名來(lái)計(jì)算信任值的權(quán)重和，確定信任程度。
雙方使用一次性會(huì)話(huà)密鑰對(duì)每次會(huì)話(huà)內(nèi)容進(jìn)行加解密。這個(gè)密鑰本身是基于用戶(hù)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)擊鍵時(shí)間而產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。注意，每次會(huì)話(huà)的密鑰均不同。這個(gè)密鑰經(jīng)過(guò)RSA或Diffie-Hellman加密后和報(bào)文一起傳送到對(duì)方。
2.5電子郵件
用PGP軟件加密后密文由任意的8bit字節(jié)流組成，但很多電子郵件系統(tǒng)只允許使用可打印ASCII字符，因此PGP利用radix-64將任意8bit字節(jié)流轉(zhuǎn)換為可打印ASCII字符來(lái)滿(mǎn)足這一限制。另外，PGP可以自動(dòng)將太長(zhǎng)的報(bào)文劃分成合適的大小來(lái)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的最大報(bào)文長(zhǎng)度要求。
報(bào)文由三個(gè)部分組成：報(bào)文部分、可選的數(shù)字簽名和可選的會(huì)話(huà)密鑰部分組成。
下面給出發(fā)送者發(fā)送一封電子郵件的流程圖，其中A是發(fā)送者，B是接收者，M是郵件內(nèi)容。接收者的流程圖類(lèi)似，但操作步驟相反，篇幅所限，在此不再給出。
3應(yīng)用
PGP提供了大部分各種操作系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用�，F(xiàn)在電子郵件使用場(chǎng)合越來(lái)越多，我們就可以借助于PGP來(lái)滿(mǎn)足工作的安全需要。例如，對(duì)于Windows系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電子郵件客戶(hù)端一般為Outlook，PGP可以無(wú)縫的集成在Outlook里面，自動(dòng)根據(jù)用戶(hù)的配置和文件信
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