如何使用 OpenSSL：哈希值、数字签名等

通过 OpenSSL 深入了解密码学的细节：哈希值、数字签名、数字证书等。

本系列的第一篇文章通过 OpenSSL 库和命令行实用程序介绍了哈希、加密/解密、数字签名和数字证书。这第二篇文章将对细节进行深入探讨。让我们从计算中无处不在的哈希开始，并考虑是什么使哈希函数具备密码学意义。

密码学哈希

OpenSSL 源代码的下载页面包含了一个带有最新版本的表格。每个版本都有两个 哈希值 hash ：160 位 SHA1 和 256 位 SHA256。这些值可以用来验证下载的文件是否与存储库中的原始文件相匹配：下载者在本地重新计算下载文件的哈希值，然后将结果与原始文件进行比较。现代系统有计算这种哈希值的实用程序。例如，Linux 有 md5sum 和 sha256sum。OpenSSL 本身也提供了类似的命令行实用程序。

哈希值被用于计算的许多领域。例如，比特币区块链使用 SHA256 哈希值作为区块标识符。挖比特币就是生成一个低于指定阈值的 SHA256 哈希值，也就是至少有 N 个前导零的哈希值。（N 的值可以上升或下降，这取决于特定时间的挖矿生产力）。作为一个兴趣点，如今的矿机是为并行生成 SHA256 哈希值而设计的硬件集群。在 2018 年的一个高峰期，全球的比特币矿工每秒产生约 7500 万个 太哈希值 terahash —— 这真是一个不可思议的数字。

网络协议也使用哈希值（在这里通常叫做“ 校验和 checksum ”）来支持消息的完整性；也就是说，保证收到的消息与发送的消息是一样的。消息发送者计算消息的校验和，并将结果与消息一起发送。当消息到达时，接收方重新计算校验和。如果发送的校验和与重新计算的校验和不一致，那么消息在传输过程中可能出现了一些问题，或者发送的校验和出现了问题，或者两者都出现了问题。在这种情况下，应该重新发送消息和它的校验和，或者至少应该触发一个错误情况。（如 UDP 这样的低级网络协议不会理会校验和。）

哈希的其他例子大家都很熟悉。比如一个网站，要求用户用密码进行验证，用户在浏览器中输入密码，然后，他们通过 HTTPS 连接到服务器，密码从浏览器加密发送到服务器。一旦密码到达服务器，就会被解密，然后进行数据库表的查询。

在这个查询表中应该存储什么？存储密码本身是有风险的。风险要小得多的方式是存储一个由密码生成的哈希值，也许在计算哈希值之前“加一些 盐 salt （额外的位）改善口味”。你的密码可能会被发送到 Web 服务器上，但网站可以向你保证，密码不会存储在那里。

哈希值还出现在安全的各个领域。例如， 基于哈希值的消息认证码 hash-based message authentication code （HMAC）使用一个哈希值和一个秘密的 加密密钥 cryptographic key 来认证通过网络发送的消息。HMAC 码轻量级且易于在程序中使用，在 Web 服务中很受欢迎。一个 X509 数字证书包括一个称为 指纹 fingerprint 的哈希值，它可以方便证书验证。一个存放于内存中的 可信存储 truststore 可以实现为一个以这种指纹为键的查找表 —— 作为一个支持恒定查找时间的 哈希映射 hash map 。来自传入的证书的指纹可以与可信存储中的密钥进行比较，以确定是否匹配。

密码学哈希函数 cryptographic hash function 应该具有什么特殊属性？它应该是 单向 one-way 的，这意味着很难被逆转。一个加密哈希函数应该是比较容易计算的，但是计算它的反函数（将哈希值映射回输入位串的函数）在计算上应该是困难的。下面是一个描述，用 chf 作为加密哈希函数，我的密码 foobar 作为样本输入。

        +--+
hash value—>|chf inverse|—>foobar ## 棘手困难
            +--BEGIN PRIVATE KEY--END PRIVATE KEY--BEGIN PUBLIC KEY--END PUBLIC KEY>|server’s public key|>server PMS
              +-+                +--+

在这个过程结束时，client 程序和 Google Web 服务器现在拥有相同的 PMS 位。每一方都使用这些位生成一个 主密码 master secret ，并立即生成一个称为 会话密钥 session key 的对称加密/解密密钥。现在有两个不同但等价的会话密钥，连接的每一方都有一个。在 client 的例子中，会话密钥是 AES128 类的。一旦在 client 程序和 Google Web 服务器两边生成了会话密钥，每一边的会话密钥就会对双方的对话进行保密。如果任何一方（例如，client 程序）或另一方（在这种情况下，Google Web 服务器）要求重新开始握手，握手协议（如 Diffie-Hellman）允许整个 PMS 过程重复进行。

总结

在命令行上说明的 OpenSSL 操作也可以通过底层库的 API 完成。这两篇文章重点使用了这个实用程序，以保持例子的简短，并专注于加密主题。如果你对安全问题感兴趣，OpenSSL 是一个很好的开始地方，并值得深入研究。

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via: https://opensource.com/article/19/6/cryptography-basics-openssl-part-2

作者：Marty Kalin 选题：lujun9972 译者：wxy 校对：wxy

本文由 LCTT 原创编译，Linux中国 荣誉推出