在上一篇文章《探索PKI——什么是公钥？》中，我们探讨了关于公钥的定义与作用，今日，让我们在看一下在加密中发挥着重要作用的另一半——私钥。

私钥是什么？私钥的作用在哪里？在下文中，你或将找到答案。

私钥的定义

私钥，也称为加密密钥，是在密码学中用于加密和解密数据的变量。私钥只应与生成密钥的方或授权解密数据的方共享。私钥在对称加密、非对称加密中起着重要作用。

私钥通常是一长串随机或伪随机生成的比特序列，难以被猜测。私钥的复杂性和长度决定了攻击者能够执行暴力攻击（即尝试不同的密钥直到找到正确的密钥）的难度。

安全通信、数字签名和安全在线交易等加密活动的安全性和完整性从根本上依赖于私钥。

人们必须使用可靠的加密技术创建私钥，以提供足够的熵和随机性。要记住私钥必须保持安全，因为如果私钥丢失、被盗或被黑客入侵，可能会造成灾难性的后果。因此，谨慎使用、遵守管理私钥的最佳实践并采取额外的安全预防措施（例如使用强密码、双因素身份验证和定期备份）至关重要。

私钥如何工作？

私钥如何工作？

私钥加密也被称为对称加密，即相同的私钥用于加密和解密。在这种情况下，私钥的工作原理如下：

生成新的私钥

在加密之前，生成尽可能随机的新密钥；通常使用加密软件生成私钥。

安全存储私钥

一旦生成，私钥必须安全存储。根据应用程序，密钥可以离线存储或存储在用于生成、加密和解密数据的计算机上。为了安全起见，私钥可以用密码、加密或散列来保护——或者三者兼而有之。

密钥交换

私钥用于解密和加密，因此使用它进行对称加密需要进行密钥交换，以与授权交换安全数据的可信方安全地共享密钥。通常使用加密软件来自动化此过程。

密钥管理

私钥管理是为了防止任何一个密钥的使用时间过长。当密钥的有效寿命结束后，应安全地废弃它们。

私钥也用于非对称密码学，也被称为公钥密码学。在此情况下，私钥指的是公钥对的加密密钥。在公钥密码学中，私钥用于加密和数字签名。对于非对称密码学，工作原理如下：

生成公钥-私钥对

这个过程对随机性要求更高。通常使用加密应用软件来生成密钥对，它需要一个随机性源，如鼠标移动。

安全存储私钥

一旦生成，私钥必须安全存储。与对称密码学过程类似，密钥可以离线存储或存储在用于生成、加密和解密数据的计算机上。同样，私钥应该通过密码、加密或散列来保护安全。

密钥交换

公钥对的私钥几乎不应与其他人共享。公钥密码学，包括数字签名，通常用于安全地共享用于对称加密的会话密钥。然而，其他公钥基础设施的协议用于在合作方之间共享公钥。

使用私钥

公钥对的所有者使用他们的私钥来解密用公钥对加密的数据。只有私钥持有人才能解密用公钥加密的数据。对于数字签名，密钥对的所有者使用私钥对签名进行加密。通过这种方式，任何拥有公钥访问权限的人都可以解密签名并验证它是由私钥所有者签名的。

密钥管理

公钥对通常有过期日期，并且密钥管理对于保护使用密钥对保护的数据访问至关重要。例如，一个过期的公钥证书，依赖于公钥对，可能会导致浏览器标记对网站的访问为不安全。私钥应该以最高的安全性存储，公钥对应该进行管理，以避免密钥对的泄露或过期相关问题。

如何生成私钥？

可以按照以下步骤生成私钥：

选择加密算法

首先，选择一种允许生成私钥的加密算法。RSA、椭圆曲线加密(ECC)和DSA（数字签名算法）是常用算法的示例。

使用专门的加密工具或编程库

使用具有生成私钥功能的库或专用加密工具。这些工具使密钥生成过程变得更简单、更安全，这些工具通常具有与所选方法相关的内置功能。

随机数生成

私钥的创建需要使用真正的随机数生成器。为了使密钥变得强大，随机性的质量至关重要。生成适合密钥创建的随机整数的函数经常出现在密码学库或工具中。

定义密钥长度

根据密码系统的安全规范，选择所需的私钥长度或大小。尽管它们可能需要更多的处理资源，但较长的密钥长度通常会提供更高的安全性。

生成私钥

使用您选择的加密工具或库创建私钥。为了生成特殊的私钥，该工具会将生成的随机数与所选算法相结合。

安全保存私钥

私钥生成后，安全保存至关重要。私钥应该保密并防止未经授权的访问。如果想确保系统安全，可以使用硬件安全模块 (HSM) 或使用强密码加密私钥。

私钥有什么优点？

使用私钥密钥能带来诸多好处，例如：

更高的安全性

私钥长度较长且熵（随机性）较大，可以更好地抵御蛮力攻击或字典攻击。

更高的效率

使用对称密钥加密比非对称加密更高效。私钥的实现速度更快、更简单。对于加密或解码文件，系统使用基本的可逆数学方程。这也导致使用更少的计算机资源。

最适合加密，加密的最佳选择

大多数加密过程使用私钥加密来加密数据传输。它们通常使用公钥算法来安全地共享秘密密钥。

适用于流密码和块密码

加密密钥密码可以分为流密码和块密码两类，每种密码算法都以不同的方式应用于数据。

块密码同时将私钥和算法应用于数据块，而流密码每次逐位地应用密钥和算法。

私钥可以使用Diffie-Hellman公钥交换协议进行安全共享。

私钥加密的管理挑战

加密密钥的安全性取决于选择强大的加密算法并保持高水平的操作安全性。对于使用加密保护数据的任何组织，加密密钥管理都是必要的。这适用于对称加密和非对称加密。

尽管私钥加密可以确保高级别的安全性，但必须考虑以下密钥管理挑战：

整体管理

加密密钥管理是保护密码密钥免受丢失、损坏或未经授权访问的必要措施。

持续更新

用于加密敏感数据的私钥应定期更换，以减少泄露或丢失时的曝光。

可恢复性和丢失

如果一个加密密钥变得无法访问，使用该密钥加密的数据将无法恢复且丢失。

私钥的应用场景

私钥在安全通信中具有广泛的应用场景，以下是私钥的一些典型应用场景：

解密

如果我们获得使用我们的私钥和关联的公钥创建的加密通信，可以使用我们的私钥解锁消息并访问原始数据。只有私钥的所有者才能执行此解密过程。

SSL/TLS加密通信

在安全套接字层（SSL）或传输层安全性（TLS）协议中，私钥用于对通信进行加密和解密，确保安全的网络通信。

数字证书

私钥用于生成和签名数字证书，用于验证和确认其关联的公共密钥的所有权，从而确保安全的身份验证和加密通信。

VPN和远程访问

私钥可以用于建立安全的虚拟私人网络（VPN）连接和远程访问，以保护敏感数据在互联网上的传输过程。

数字签名和身份验证

私钥可用于创建数字签名，用于验证文档、电子邮件、交易和信息的合法性和完整性，确保身份验证和非篡改性。

快速数据通信

在许多流密码算法中，私钥用于按位或按字节对数据进行实时加密和解密，提供快速而安全的通信。

这些应用场景只是私钥的一部分，私钥在安全领域和密码学中得到了广泛的应用，并在保护数据和通信的机密性、完整性和可靠性方面起着重要作用。

如何有效地生成和保护私钥的安全？

有效地生成和保护私钥的安全是确保数据安全的关键，以下是一些建议：

使用强大的随机数生成器

生成私钥时，使用高质量的随机数生成器是关键。生成的私钥应该是随机且不可预测的，以防止攻击者猜测或推导出私钥。

选择适当的密钥长度

私钥的长度取决于加密算法和所需的安全级别。较长的私钥通常更安全，但可能会导致更长的加/解密时间。确保选择适当的密钥长度。

安全存储私钥

私钥的安全存储非常重要。它们应该存储在经过身份验证和加密的设备上，或者可以将它们物理上隔离。不要将私钥存储在容易被破坏或盗取的地方。

实施强密码

对于您存储私钥的任何数字钱包或平台，创建独一无二的强密码。避免选择容易猜测的密码，并考虑使用密码管理器来安全地存储和管理您的凭据。

启用双因素身份验证 (2FA)

只要可行，请使用双因素身份验证。除了密码之外，还需要第二个验证步骤，例如发送到您的移动设备的特殊代码，这提供了额外的安全性。

定期更换私钥

定期更换私钥可以增加保密性。确保在旧私钥过期之前生成和部署新的密钥对。

密钥备份

为了防止私钥丢失，可以使用备份方案。这可以包括将私钥备份到安全的离线媒体或加密的云存储中。确保备份的存储方式也是安全的，并与主密钥存储的物理和逻辑隔离。

限制私钥访问

只有必要的人员才能访问私钥。确保实施访问控制措施，以限制对私钥的访问并记录任何私钥的使用和操作。

通过以上措施，可以有效地生成和保护安全的私钥，从而确保加密和解密过程的安全性。

结语

在前面的文章中，我们已经详细介绍了加密、加密密钥以及其中的公钥、私钥的概念与作用，也提到了关于对称加密与非对称加密。

那么对称加密与非对称加密的差异在哪？

在下一篇文章中，我们将详细探讨对称加密与非对称加密之间的联系与差异。

参考文章：

3、《Public – private key pairs & how they work》，来源Preveil.

4、《What Is a Private Key & How Does It Work?》，来源1kosmos。

本文首发自公钥密码开放社区，点击了解“公钥密码开放社区”