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1. 项目整体架构图
https -> openssl
protobuf 数据序列化
项目1功能：对网络通信数据进行加解密的模块（金融 教育 网络通信 数据传输 数据的安全性 对数据加密）
1. 基础组件
- 数据序列化
- google protobuf
- 解决数据的跨平台传输
- 字节序
- 计算机位数
- 32位
- 64位
- 字节对齐
struct A
{
int a; // 4
char b; // 1
char cc;
int c; // 4
};
- 序列化 -> 编码
- 将原始数据按照某种格式进行封装 -> 特殊的字符串
- 将特殊字符串发送给对方
- 反序列化 -> 解码
- 接收到序列化的特殊字符串 -> 解析 -> 原始数据
- 安装业务需求处理原始数据
- 套接字通信
- tcp
- 线程池 -> 服务器端使用
- 连接池 -> 客户端使用
- 多线程的使用
- 共享内存操作 -> shm
- 进程间通信的一种方式
- 效率最高
- 之前讲的进程间通信的方式都需要使用fd
- 管道
- 匿名 -> 不需要读磁盘
- 有名 -> 需要磁盘文件
- 本地套接字
- 内存映射区 -> mmap
- 不需要对磁盘文件进行操作
-qt中存在共享内存的类
- 数据库操作
- 使用的oracle
- 使用的oracle官方提供的c++接口
- OCI
2. 秘钥协商服务器 && 客户端
- 客户端两种实现模式
- 桌面程序 -> Qt
- 需要将桌面创建搭建起来
- 写的qt程序
- 业务逻辑纯C/C++实现都是可以的
- 终端交互 -> linux终端 -> 上课时候使用这个实现
- 服务器 -> 后台的守护进程
2.数据的加密解密
2.1加密三要素
明文/密文：明文即原始数据，密文即加密后的数据
秘钥：定长的字符串 对称加密->自己生成 非对称加密->调用对应算法
算法：加密算法 解密算法
举例：
2.2常用的加密方式
2.2.1对称加密
- 秘钥较短
- 秘钥只有一个，加密解密的秘钥是同一个
- 秘钥分发困难 -> 因为秘钥要保密不能泄露，秘钥不能直接在网络环境中进行发送
- 加密的效率高，加密强度相对较低
2.2.2非对称加密
- 秘钥较长
- 秘钥两个，非对称加密算法都有生成密钥对的函数
- 密钥对会保存在不同的文件里，一个公钥文件（较小），一个私钥文件（较大），私钥可以推出公钥，公钥（公开的） 私钥（不公开）
- 加密解密的秘钥不同。公钥加密，则必须私钥解密；私钥加密，则必须公钥解密
- 秘钥可以直接分发 -> 分发的公钥
- 效率低，加密强度相对较高
3. 常用的加密算法
3.1 对称加密
- DES
- 已经被破解了, 不安全
- 秘钥长度 8byte
- 对数据分段加密, 每组8字节
- 得到的密文和明文长度是相同的
- 3DES -> 3重des
- 安全的, 效率比较低
- 对数据分段加密, 每组8字节
- 得到的密文和明文长度是相同的 == 8字节
- 秘钥长度24字节, 在算法内部会被平均分成3份, == 每份8字节
- 看成是3个秘钥
- 每个8字节
- 加密处理逻辑:
- 加密: -> 秘钥1 * 加密算法
- 解密 -> 秘钥2 * 解密算法
- 加密 -> 秘钥3 * 加密算法
- 三组秘钥都不同, 加密的等级是最高的
- AES
- 最安全, 效率最高的公开的对称加密算法
- 秘钥长度: 16字节, 24字节, 32字节
- 秘钥越长加密的数据越安全, 效率越低
- `分组加密, 每组长度 16 字节`
- 每组的密文和明文的长度相同 == 16byte
- Blowfish
- RC2/RC4/RC5
- IDEA
- SKIPJACK
3.2 非对称加密
3.2.1加密算法
- RSA(数字签名和密钥交换) ，项目中用的是rsa
- ECC（椭圆曲线加密算法 - 数字签名），效率最高
- Diffie-Hellman(DH, 密钥交换)
- El Gamal(数字签名)
- DSA（数字签名）
3.2.2秘钥交换过程
假设通信的双方为: 客户端C, 服务器端S
为什么要交换?
1. 非对称加密秘钥分发方便, 但是效率低 -> 改进: 需要使用对称加密
2. 使用对称加密 -> 秘钥分发困难 -> 改进: 使用非对称加密进行秘钥分发
- 分发是对称加密的秘钥, 本质就是一个字符串
秘钥交换的过程:
1. 在服务器端生成一个非对称加密的密钥对: 公钥, 私钥
2. 服务器将公钥发送给客户端, 客户端有了公钥
3. 在客户端生成一个随机字符串 -> 这就是对称加密需要使用的秘钥
4. 在客户端使用公钥对生成的对称加密的秘钥进行加密 -> 密文
5. 将加密的密文发送给服务器
6. 服务器端使用私钥解密 -> 对称加密的秘钥
7. 双方使用同一秘钥进行对称加密通信
3.3 Hash算法 (单向散列函数)
特点:
- 不管原始数据有多长, 通过哈希算法进行计算, 得到的结果的长度是固定的
- 是一个二进制的字符串
- 只要是原始数据不一样, 得到的结果就不一样
- 原始数据差一丢丢, 得到的结果也是完全不同的
- 有很强的抗碰撞性
- 碰撞: 原始数据不同, 但是通过同样的哈希算法进行计算能得到相同的结果
- 推导的结论:
- 数据不同得到的结果就不同
- 应用场景:
- 数据校验，登录验证
- 秒传
- 不可逆
- 得到的结果不能推导出原始数据
哈希运算的结果:
- 散列值
- 指纹
- 摘要
- MD4/MD5
- 散列值长度: 16字节
- 抗碰撞性已经被破解
- SHA-1
- 散列值长度: 20字节
- 抗碰撞性已经被破解
- SHA-2
- sha224
- 散列值长度: 224bit / 8 = 28byte
- sha256
- 散列值长度: 256bit / 8 = 32byte
- sha384
- 散列值长度: 384bit / 8 = 48byte
- sha512
- 散列值长度: 512bit / 8 = 64byte
- SHA3-224/SHA3-256/SHA3-384/SHA3-512
4. 消息认证码 -> HMAC
作用:
- 在通信的时候, 校验通信的数据有没有被篡改(完整性)
- 没有加密的功能
使用:
- 消息认证码的本质是一个散列值
- (原始数据 + 秘钥) * 哈希函数 = 消息认证码
- 最关键的数据: 秘钥
校验的过程:
- 数据发送方A, 数据接收方B
- 在A或B端生成一个秘钥: X, 进行分发 -> A和B端都有了 秘钥: X
- 在A端进行散列值运算: (原始数据 + x) * 哈希函数 = 得到散列值
- 在A端: 将原始数据和散列值同时发送给B
- 在B端: -> AB端使用的哈希算法是相同的
- 接收数据
- 校验: (接收的原始数据 + x) * 哈希函数 = 散列值New
- 比较散列值: 散列值New 和 接收的散列值 是不是相同
- 相同: 没篡改
- 不同: 被修改了
缺点:
- 秘钥分发困难
- 不能区分消息的所有者
5. 数字签名
作用:
- 校验数据有没有被篡改(完整性)
- 鉴别数据的所有者
- 不能对数据加密
数字签名的过程: -> 私钥加密数据
- 生成一个非对称加密的密钥对, 分发公钥
- 使用哈希函数对原始数据进行哈希运算 -> 散列值
- 使用私钥对散列值加密 -> 密文
- 将原始数据和密文一起发送给接收者
校验签名的过程:
- 接收签名的一方分发的公钥
- 接收签名者发送的数据: `接收的原始数据 + 签名`
- 对数据进行判断:
- 对接收的原始数据进行哈希运算 -> 散列值new
- 和签名的时候使用的哈希函数相同(必须相同)
- 使用公钥对签名(密文) 解密 -> 得到了散列值old
- 比较两个散列值
- 相同: 数据的所有者确实是A, 并且数据没有被篡改
- 不同: 数据的所有者不是A或者数据被篡改了
Bob 自己的私钥，Bob 用自己的私钥对邮件内容计算一个「签名」，将「签名」和邮件内容一起发送出去，接受者 Alice 可以使用 Bob 的公钥验证这个签名是否正确，这就叫「验签」