安全性和保密性设计 · PGP：五种算法串起的邮件加密

先看动机：一般来说，电子邮件在网络上的传输是不加密的，第三者轻易获得通信内容；收信人还要确认邮件没被篡改、确实是发送者本人发出的，这需要数字签名。RSA 公钥体系适合这些要求，但直接拿 RSA 加密电子邮件不方便——慢。

PGP 是美国人 Phil Zimmermann 于 1995 年提出的一套电子邮件加密方案，可以用来对邮件加密防止非授权者阅读，还能对邮件加上数字签名使收信人确认邮件确实由发送方发出。定性一句：PGP 并不是新的加密算法或协议，它综合采用了多种加密算法——这是一道判断题的原文级答案。

清单照念：对邮件内容加密采用 IDEA 算法，对于加密信息采用 RSA 公钥加密算法，还采用了用于数字签名的消息摘要算法，加密前还进行压缩处理。它把 RSA 公钥体系的良好加密效果和对称密钥体系的高速度结合起来。问「PGP 对邮件正文加密采用哪种算法」，答 IDEA——选项放 RSA、DES、MD5 全是干扰：RSA 太慢所以只加密 IDEA 密钥，DES 没进这套流程，MD5 是散列不加密。

PGP 的推广原文给了原因：功能强大、处理迅速、使用简便，而且源代码是免费的，因此在 IT 等多个行业得到广泛应用。除加密电子邮件外，还可以加密重要文件，用 PGP 代替 UUencode 生成 RADIX64 格式——就是 MIME 的 BASE64 格式——的编码文件，或为文件做数字签名防止篡改和伪造。

假设 A 要发加密邮件给 B，五道工序。第一道，A 对要发送的邮件 P 运用 MD5 散列算法计算，生成一个 128 位的消息摘要——检验邮件是否完整、有没有被篡改。第二道，通过 RSA 算法，用 A 的私钥 SKA 对消息摘要加密，生成消息摘要的密文 H——这就是签名。

第三道，邮件 P 与加密后的消息摘要 H 共同构成新的报文 P1，接着对 P1 进行 ZIP 压缩，成为压缩报文 P1.Z。第四道，对 P1.Z 采用 IDEA 算法加密，使用一个一次性的密钥 K。第五道，K 必须经 RSA 算法用 B 的公开密钥 PKB 加密，与加密后的报文 P2 一起，再经过 BASE64 编码，得到一系列 ASCII 码作为邮件内容发送到网络上。

接收端与加密过程相反，六步：B 收到后先对邮件内容进行 BASE64 解码；再利用自己的秘密密钥 SKB，通过 RSA 算法解出 IDEA 的密钥 K；用此密钥恢复出 P1.Z；对 P1.Z 解压缩还原出 P1；把明文 P 和消息摘要密文 H 分离，用 A 的公开密钥 PKA 解密 H 得到真正的消息摘要；B 自己也用 MD5 对邮件明文 P 运算生成一个 128 位的消息摘要，比较两个摘要，一致则表明 P 是 A 发来的邮件。

原文的结论句：通过上述通信过程，PGP 既可以保证邮件不被第三方窃取，又可以防止发信人抵赖和信件被途中篡改。两个「又可以」就是它的三大功效，多选题原文。

原文解释得很细：RSA 算法计算量太大、速度太慢，对邮件正文这种大量数据不适合；IDEA 加密解密用同一个密钥，主要缺点是在公共网络环境中很难安全地传递密钥，不适合 Internet 邮件加密的需要，但速度比 RSA 快得多。所以 PGP 用一个随机生成的密钥——每次加密都不同——用 IDEA 算法对明文加密，然后用 RSA 算法对 IDEA 密钥加密；收件人用 RSA 解出这个随机的 IDEA 密钥，再用 IDEA 解密邮件。链式加密既具 RSA 的保密效果又具 IDEA 的快捷方便。

随机性还有个妙招：PGP 每次加密邮件所使用的 IDEA 密钥是一个随机数，而且为了增强随机性，PGP 是从用户敲击键盘的时间间隔上取得随机数种子来产生密钥的。这个细节出过判断题。

原文两条好处：一方面压缩后再加密，得到的密文有可能比明文更短，节省网络传输时间；另一方面明文经过压缩实际上相当于多经过一次变换，信息更加杂乱无章，对非法攻击的抵御能力更强。另外 PGP 还可以只签名而不加密，用于公开发表声明：声明人用自己的私钥签名，公众用其公开的公钥验证签名、确认声明人身份。

有，而且原文讲了个完整的攻击故事。背景：PGP 用公钥加密，公钥本来就要公开，所以不存在被监听的问题；但是公钥在发布过程中仍存在安全隐患——公钥被非法篡改，这是公钥密码体系中的一大安全隐患，很难被普通用户发现。

故事是这样：A 要给 B 发加密邮件，从公共目录查到 B 的公钥并加密发送——正常。但攻击者 C 用自己假冒 B 的名字生成的密钥中的公钥替换了 B 的公钥，A 拿到的公钥用户名是 B、实际是 C 的。于是 C 用手中的私钥解密 A 发给 B 的邮件，甚至可以用 B 真正的公钥转发 A 的信，A 和 B 都不会发现异常，通信全部泄漏；C 还可以伪造 B 的签名发信息，A 和其他人正常解密这份伪造签名，以为真是 B 发来的。

PGP 的招叫公钥介绍机制。若 A 和 B 有共同的朋友 D，D 知道他手中 B 的公钥是正确的——假设 D 已认证过——D 就用自己的私钥在 B 的公钥上签名，表示担保这是 B 的真正公钥并发给 A；A 用 D 的公钥验证 D 发来的 B 的公钥。D 同样可以向 B 担保 A 的公钥，D 就成了 A 和 B 之间的公钥介绍人。这样把 D 签过名的 B 的公钥列示到公共目录中，没有人能伪造 B 的公钥而不被 A 发现。

D 自己的公钥怎么信任？PGP 建议通过一个大家普遍信任的人或权威部门担当认证机构角色：每个由权威认证机构签字的公钥都被认为是真实的，大家只要有一份认证机构的公钥就行；认证机构广泛提供公钥服务、其公钥流传广泛，假冒很困难。使用守则原文一句：在使用任何一个公钥之前一定要首先认证它，无论什么情况下都不要直接信任一个从公共渠道得来的公钥，而要使用可信的人介绍的公钥，或者自己与对方亲自认证。

收个尾：由于 PGP 能够实现数字签名、不可否认、防止篡改、防止破译等功能，自推出以来受到普遍欢迎，目前几乎成为最流行的公钥加密软件。

本集必背：PGP 由 Phil Zimmermann 于 1995 年提出，不是新算法而是组合多种算法的一套软件；正文用 IDEA、IDEA 密钥用接收方公钥的 RSA、摘要用 MD5 出 128 位、签名用发送方私钥的 RSA、压缩用 ZIP、最后 BASE64 即 RADIX64 编码；发送流程摘要、签名、合成 P1、压缩、IDEA 加密、RSA 加密钥 K、BASE64；

接收流程反向六步，最后两摘要比对一致即验真；IDEA 密钥每次随机生成、种子来自用户敲击键盘的时间间隔；压缩两个好处——密文可能更短、多一层变换更抗攻击；可以只签名不加密；公钥安全隐患是被非法篡改，解法是公钥介绍机制与权威认证机构签字，公钥使用前必须认证、不直接信任公共渠道得来的公钥。

对，16.5 计算机病毒：法定的病毒定义、四个特征里谁才是「基本特征」、四阶段四模块，还有特征码、校验和、行为监测、启发式、虚拟机五种检测技术。