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密码学（3）：密码学中的密钥

发布时间 2023-06-09 15:02:30作者: 小七闲

前言

⭐️在阅读本文前，请注意，本文中出现的词汇：证书=公钥，密钥用于指代一对公钥和私钥。
⭐️在加解密和加验签中，私钥仅己方保存一份，公钥颁发出去可能给多个人保存。
⭐️一般证书（公钥）用于加密，私钥用于加签，因为签名需要不可伪造，具有唯一性。
⭐️本文按照个人习惯，整理了下常见的公私钥格式

有任何问题欢迎提出，便于及时修正

1、公私钥的文件编码格式

?核心数据类似于UTF-8、GBK的关系，只不过pem格式会在der外多加一层约定的文字。
?常见的公私钥后缀：.pem .der .cer .crt .pfx .p12 .jks。
?证书后缀与文件编码内容不一定一致

1.1 DER格式

  • 内容格式：二进制表示数据
  • 存储类型：仅限证书
  • 文件后缀：der、cer、crt这几种通常都是DER
  • 内容例子：打开都是二进制乱码，或者因为是二进制而无法正常打开

1.2 PEM格式

  • 内容格式：把二进制内容转换成ASCII码。含标准开头与结尾，中间为base64后的文字。

  • 存储类型：证书或私钥

  • 文件后缀： pem

  • 内容例子：
    PEM实际上就是把DER编码的文件的二进制内容用base64编码一下，然后加上
    -----BEGIN label----- 和 -----END label-----
    这样的头尾，中间则是DER文件的Base64编码。例如:

      -----BEGIN label-----
  BASE64Encoded
  -----END label-----

2、公私钥的数据结构编码格式

使用的加密标准，例如X.509标准 和 PKCS(公钥加密标准)系列(PKCS#1、PKCS#8、PKCS#12)
xx格式证书/密钥一般指符合该标准格式的证书/密钥

2.1 X.509格式证书

  • 名称：X.509是密码学里公钥证书的格式标准
  • 仅含证书。X.509证书里含有公钥、身份信息（比如网络主机名，组织的名称或个体名称等）和签名信息（可以是证书签发机构CA的签名，也可以是自签名）。

2.1 PKCS#1格式

  • 名称：RSA Cryptography Standard，RSA密码学标准。

  • 可以含公钥，也可以含私钥。没有版本或算法标识符。介绍了RSA算法的计算过程，包括：key的产生，key的结构（RSA Public Key和Private Key数学属性和格式），对数字加密／解密／签名／验证签名的过程、对应算法。

  • 用途：主要针对RSA算法的加解密、加验签。

  • 拓展：PKCS1填充模式

公钥例子

一个PKCS#1公钥，以以下标签开头和结尾：

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PUBLIC KEY-----

在base64编码数据中，存在以下ASN.1语法结构（RFC8017 A.1.1）：

      RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
          modulus           INTEGER,  -- n
          publicExponent    INTEGER   -- e
      }

注：RFC8017废弃了RFC3447

私钥例子

一个PKCS#1的私钥，以以下标签开头和结尾：

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END RSA PRIVATE KEY-----

在base64编码数据中，存在以下ASN.1语法结构（RFC8017 A.1.2）：

      RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
          version           Version,
          modulus           INTEGER,  -- n
          publicExponent    INTEGER,  -- e
          privateExponent   INTEGER,  -- d
          prime1            INTEGER,  -- p
          prime2            INTEGER,  -- q
          exponent1         INTEGER,  -- d mod (p-1)
          exponent2         INTEGER,  -- d mod (q-1)
          coefficient       INTEGER,  -- (inverse of q) mod p
          otherPrimeInfos   OtherPrimeInfos OPTIONAL
      }

2.2 PKCS#8格式

  • 名称：Private-Key Information Syntax Specification，私钥信息格式规范。
  • 可以含公钥，也可以含私钥

公钥例子

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PUBLIC KEY-----

在 base64 编码数据中，存在以下结构，ASN.1语法描述为：

PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
  algorithm       AlgorithmIdentifier,
  PublicKey       BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
  algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
  parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

未加密的私钥例子

未加密的 PKCS#8 编码数据格式如下：

-----BEGIN PRIVATE KEY-----
BASE64 ENCODED DATA
-----END PRIVATE KEY-----

在 base64 编码数据中，存在以下结构，ASN.1语法描述为：

    PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
        version         Version,
          algorithm       AlgorithmIdentifier,
          PrivateKey      BIT STRING
        }
    AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
      algorithm       OBJECT IDENTIFIER,
      parameters      ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
    }

加密的私钥例子

加密的PKCS#8 编码数据格式如下：

-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----
BASE64Encoded
-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----

在 base64 编码数据中，存在以下结构，ASN.1语法描述为：

EncryptedPrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
  encryptionAlgorithm  EncryptionAlgorithmIdentifier,
  encryptedData        EncryptedData
}

EncryptionAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier

EncryptedData ::= OCTET STRING

2.3 PKCS#12格式

  • 名称：个人消息交换与打包语法
  • 定义了通常用来存储Private Keys和Public Key Certificates（例如前面提到的X.509）的文件格式，使用基于密码的对称密钥进行保护。PKCS #12文件实际上是一个Keystore，PKCS #12文件可以被用做Java Key Store（JKS）。
  • 文件后缀：一般为 .p12 或 .pfx

3、拓展

3.1 ASN.1

ASN.1是一种用来定义数据结构的描述语言，有点类似于学习数据结构时用的伪代码。

引用和参考

https://chanjarster.github.io/post/x509-pkcs-file-formats/
https://blog.ndpar.com/2017/04/17/p1-p8/
https://www.jianshu.com/p/a428e183e72e
https://www.jianshu.com/p/bc32cbfe49e7
https://blog.csdn.net/itworld123/article/details/115553346