使用开源PGP技术实现Solaris 10 下加密和解密

　　一、PGP（Pretty Good Privacy）技术简介

　　1、PGP简介

　　【51CTO.com独家稿件】PGP技术是一个基于非对称加密算法RSA公钥体系的邮件加密技术，也是一种操作简单、使用方便、普及程度较高的加密软件。PGP技术不但可以对电子邮件加密，防止非授权者阅读信件；还能对电子邮件附加数字签名，使收信人能明确了解发信人的真实身份；也可以在不需要通过任何保密渠道传递密钥的情况下，使人们安全地进行保密通信。

　　PGP技术创造性地把RSA非对称加密算法的方便性和传统加密体系结合起来，在数字签名和密钥认证管理机制方面采用了无缝结合的巧妙设计，使其几乎成为最为流行的公钥加密软件包。

　　PGP使用两个密钥来管理数据：一个用以加密，称为公钥（Public Key）；另一个用以解密，称为私钥(Private Key)。公钥和私钥是紧密联系在一起的，公钥只能用来加密需要安全传输的数据，却不能解密加密后的数据；相反，私钥只能用来解密，却不能加密数据。

　　现在广泛使用的公共密钥系统是基于PGP方式。它是一个基于RSA公钥加密体系的开源软件，但它与RSA加密算法又有所不同。确切地说，PGP使用的是RSA和传统算法DES结合的新算法——IDEA（受专利保护)。

　　RSA算法是利用素数（即质数）的因式不可分解性。RSA算法的要点与难点有二个：算法主要为求模取余运算；判断一个数是否为素数。由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上百倍，所以为了避开速度这一缺陷，PGP采用了改进后的IDEA算法。

　　2、为什么采用PGP加密？

　　目前国内多使用56位的加密系统，实际上是不安全的，而PGP是最少128位加密的强大的加密软件， 可以用于任何格式的文档，包括文本、电子表、图形等。具备数字签名功能，用于检查消息和文件的原作者和完整性。支持以下密钥算法：

　　1）公用密钥算法：Diffie-Hellman/DSS,RSA

　　2）散列功能：MD5, RIPEMD-160, SHA-1

　　3）对称算法：CAST, IDEA, Triple-DES

　　包括密钥生成和管理的整套工具，使系统管理员能够灵活控制整个网络系统的安全策略。

　　3、如何部署大规模PGP系统

　　1）建立网络系统的PGP证书管理中心

　　在大型网络系统中，利用PGP Certificate Server建立一个证书的管理中心。可以轻松地创建并管理统一的公用密钥基础结构。从而在网络系统内部或Internet之间进行保密通讯。 通过将Lightweight Directory Access Protocol (LDAP)目录和PGP证书的优点相结合， PGP Certificate Server大大简化了投递和管理证书的过程。同时具备灵活的配置和制度管理。PGP Certificate Server支持LDAP和HTTP协议，从而保证与PGP客户软件的无缝集成。 其Web接口允许管理员执行各种功能，包括配置、报告和状态检查，以实现对其远程管理。 我们可以在Sun Solaris或Microsoft Windows Server (Intel)平台上实现。

　　2）对文档和电子邮件进行PGP加密

　　在操作系统可以安装PGP，对文件系统和电子邮件系统进行加密传输。

　　3）在应用系统中集成PGP加密

　　利用PGP Software Development Kit（PGP 软件开发包）系统开发人员可以将密码功能结合到现有的应用系统中， 如电子商务、法律、金融及其他应用中。

　　4、PGP的 运行方式

　　PGP有5种业务:认证性?保密性?压缩?电子邮件的兼容性?分段?表1是这5种业务的总结?其中CAST-128是一种分组密码,算法具有传统Feistel网络结构,采用16轮迭代,明文分组长度为64比特,密钥长以8比特为增量,从40比特到128比特可变?

　　

功能	使用的算法	功能描述
数字签字	DSS/SHA或RSA/SHA	发送方使用SHA产生消息摘要,再用自己的秘密钥按DSS算法或RSA算法对消息摘要签字｡
消息加密	CAST或IDEA或三个密钥的三重DES/ElGamal或RSAIDEA或三重DES加密	消息由用户产生的一次性会话密钥按CAST-128或消息加密,会话密钥用接收方的公开钥按ElGamal或RSA加密｡
压缩格式	ZIP, ZLIB, BZIP2	消息经ZIP, ZLIB, BZIP2算法压缩后存储或传送
电子邮件的兼容性	使用基数64变换	将加密的消息转换为ASCII字符的兼容性基数64变换串,以提供电子邮件应用系统的透明性｡
分段		对消息进行分段和重组以适应PGP对消息最大长度的限制｡

　　表1 PGP的业务

图1：PGP工作流程

　　5、开源pgp工具

　　后来GNU和自由软件运动的出现可以使用免费的GPG，它的安全性与PGP一样强，可以充分地保护每个用户的隐私。 GnuPG 是用于安全通信的工具；它是对 PGP加密技术的完全和免费的开源代替产品。使用 GnuPG，你可以给你的数据和通信加密，并可以使用 数码签名（digitally signing）来验证你的通信。GnuPG还能够解密及校验 PGP 5.x。

　　因为GnuPG 和其它加密标准兼容，你的安全通信可能会与其它操作系统（如 Windows 和 Macintosh）上的电子邮件程序兼容。GnuPG 使用公钥加密术（public key cryptography）来为用户提供安全的数据交换。在公钥加密术方案中，你生成两把钥匙：公钥和密钥。你和通信对方或钥匙服务器互换你的公钥，你决不应该出示你的密钥。

　　二、在Solaris的GnuPG安装

　　首先先必须安装软件软件包：

　　bzip2-1.0.5

　　libidn

　　libiconv

　　libintl

　　readline

　　openssl-0.9.8g

　　curl

　　openldap

　　sasl

　　zlib

　　限于篇幅笔者不详细介绍了。

　　#gunzip gnupg-1.4.8-sol10-x86-local.gz

　　#pkgadd –d gnupg-1.4.8-sol10-x86-local

图2：是gunpg安装成功界面

　　另外判断是否安装有GnuPG的方法也很简单。直接在命令行下输入“gpg -h”命令，如果系统已经安装有GnuPG，就会显示关于GPG版本和用法的信息。

　　三、Gunpg在Solais下的配置

　　确定系统中已经安装了GnuPG后，就可以开始下面加密和签名的工作了。

　　1、生成密匙

　　用户应用GnuPG，首先要有一对自己的密钥。所以，第一步就是产生一对密钥。gpg命令通过大量参数提供所需要的几乎所有操作。其中，参数“-gen-key”就是用来产生一对密钥的。在安装了GPG的Linux系统上可以运行以下命令：

　　#gpg --gen-key

　　命令开始运行后，首先，会看到版本和路径信息。随后需要回答一系列问题，以帮助产生一对密钥。其中，DSA是数字签名算法，RSA和ElGamal是两种不同原理的非对称密钥算法。通常可以选择“1”，这样生成的密钥可以同时用作签名和加密两种用途。

　　接着，会要求选择密钥的长度。这里的密钥长度有768、1024和2048位三种。如图 3 。

图3：选择密钥使用的长度

　　显然，密钥越长越安全，但太长又会影响使用的速度。所以，可以根据不同的需要选择适合的长度。笔者选择了的1024位密钥。另外，还需要设定密钥过期的时间，原则上，密钥使用的频率越高，密钥有效的时间越长，被攻击的可能性就越大。

　　所以，要根据应用的实际情况综合考虑，确定一个适当的时间长度。需要注意的是，密钥要定期更换，建议绝对不要永远使用同一对密钥。

　　最后，需要输入一些个人信息，包括真实姓名、电子邮件地址等，用来识别密钥，最好是如实填写。然后，必须输入一个密码。密码用来保护密钥，没有这个密码，任何人都不能看到密钥本身的内容。密码是在密钥文件泄露后惟一的保密措施，它的最大敌人是暴力破解和字典攻击。

　　所以，一定要选择一个强壮的密码，来有效地对抗这些攻击。 密码确定以后，系统开始运算。这时需要随便地敲击键盘或是移动鼠标，以产生一些随机数，协助密钥的顺利生成。注意，如果没有以上动作，很可能最终不能产生密钥。系统运算完成后，会出现类似图4的信息：

图4：成功生成钥匙文件

　　2、查看密钥

　　使用下面的命令：

　　gpg --list-keys

　　你会看到和图 5相似的输出：

图5：查看所有密钥

　　3、其他常用命令：

　　查看所有公钥：

　　gpg --list-public-key

　　查看所有私钥：

　　gpg --list-secret-key

　　列出所有签名：

　　gpg --list-sig

　　4、公钥的使用

　　接下来要做的工作是输出一个用来发布的公钥：

　　gpg --export -a -o yourpubkey.asc

　　-a 是ASCII编码形式，-o 说明输出公钥到 yourpubkey.asc 文件。要发布这个公钥，可以将yourpubkey.asc文件放在你的主页上，也可以通过邮件寄给朋友。

　　当你收到朋友发来的公钥，你需要将这把公钥导入你的钥匙库。例如，他寄给你的公钥是 friendpubkey.asc ，使用下面命令就可以导入进钥匙库：

　　gpg --import friendpubkey.asc

　　5、生成一份废弃证书

　　在生成钥匙对后，还应该为公钥创建一份废弃证书。这不是废弃刚刚生成的钥匙，而是提供了一种停止钥匙被继续公开使用的安全方法。当忘记了口令句，或者该口令句被窃取，或者更换了联系邮件地址，或系统崩溃等情况下，可以使用该废弃证书宣告原来的公钥无效。使用--gen-revoke选项生成废弃证书：

　　#gpg --output revoke.asc --gen-revoke [user-id: goodcjh@2911.net]

　　确认废弃原因后，输入用来生成钥匙的口令句。注意，如果省略了--output revoke.asc选项，则废弃证书只会被显示在屏幕上，需要进行复制、粘贴操作，并保存为文件才行。

　　四、Gunpg在Solaris下的应用

　　1、对文件进行加密和解密

　　Gunpg使用的是非对称的密钥体系，用户拥有一对密钥，包括一个公钥和一个私钥。公钥对外公布，私钥则由自己保存。使用公钥加密的数据可以用私钥解密，同样，使用私钥加密的数据可以用公钥解密。

　　2、使用GnuPG进行数字签名（sign）

　　利用GnuPG数字签名的方式有三种： 1．显式数字签名，即直接把数字签名添加在文件内容的后面。这样做的好处是简单，可以直接阅读信息。 2．隐匿数字签名，即签名后隐藏文件内容。这样做的好处是把真实信息隐藏在签名档中。如果想要查看信息，使用命令：

　　#gpg -d goodcjh.file.asc

　　3、把数字签名单独存放于一个文件。

　　#gpg -ba goodcjh.file

　　这时目录下会出现一个cjh.file.asc的签名文件。如果此时修改原文件test.file的内容，再次校验数字签名档时就会被警告。

　　使用GnuPG进行数据加密和解密，例如，现有一份文本文件，内容为“goodcjh using GnuPG on solaris”。使用如下命令进行数据加密：

　　#gpg -ea -r goodcjh test.txt

　　-e表示加密选项；-a表示使用ASCⅡ字符，如果不指定，默认输出为二进制文件；-r指定某用户的公钥；text.txt为所要加密的文件名。

　　解密操作使用命令：

　　#gpg -d goodcjh.file.asc >test.file

　　一般可以用以下命令来生成一个同时带有数字签名和加密的文档：

　　#gpg -o test.gpg -ea -s -r goodcjh.test.file

　　其中-o表示输出文件名；-s表示加入数字签名。

　　另外在GPG的使用过程中，可以进行多次加密使数据更加安全。命令如下：

　　#gpg -eas -r goodcjh test.file -o test.gpg.nc1

　　#gpg -eas -r goodcjh test.gpg.nc1 -o test.gpg.nc2

　　#gpg -eas -r goodcjh test.gpg.nc2 -o test.gpg.nc3

　　解密操作过程类似。

　　五、对文件进行数字签名和验证

　　#gpg --clearsign policy.txt

　　运行以上命令，生成一个名为report.txt.asc的文件，该文件中除了原文件信息外还包含数字签名信息。

　　验证文件的数字签名

　　#gpg --verify policy.txt.asc

　　在电子邮件中使用gunpg

　　在Mutt中使用GnuPG

　　GnuPG用的最多的地方，还是在收发邮件的过程中。这里以Mutt作为邮件客户端来举例。Mutt对GnuPG支持的非常好，并且如果你不做任何设置，它会自动到.gnupg目录下调用公钥和密钥。

　　1、发信

　　写完一封信，在发出之前，可以使用下列功能： 通过按“Esc＋K”键可以添加GPG文档，按照提示输入公钥ID号，如0B383904，或者直接回车从钥匙圈上选择。

　　2、阅读电子邮件

　　当你收到一封朋友寄来的加密阅读电子邮件时，Mutt会在邮件索引页中，用P表示是加密过的信件，用s表明有签名。 要打开一封P标志的信时，Mutt提示先输入使用密钥的口令。口令输入正确，Mutt用密钥自动解密该邮件。当你关闭Mutt，下次再看这封邮件时，需要再次输入口令和解密过程。 打开一封s标志的信，Mutt自动匹配钥匙库里面的公钥，显示信件内容的同时也显示签名信息。

　　图形化电子邮件Ximin下使用gunpg

　　Ximin下使用gunpg界面如图 6 。

　　常见问题：

　　当您给电子邮件添加一个加密签名时，您可能会看到下面的错误：

　　Failed to GPG sign: Broken pipe

　　gpg: skipped '<key>': secret key not available

　　gpg: signing failed: secret key not available要更正此错误，请执以下步骤：

　　打开以下文件：$HOME/.gnupg/gpg.conf

　　注释掉以下行：use-agent

　　总结：Gunpg作为一个开源并且免费的加密和数字签名软件已经存在多年。它不但可以为企业、个人之间的重要信息提供加密保护，还可以为出版的软件、内核等电子产品进行数字签名，防止产品被篡改，最大程度地保障信息安全。 对于Unix用户来说，对信息安全的要求相对更高，gunpg更值得在unix用户中推广和应用。

　　有用参考资料：

　　Gunpg加密技术中可以研究讨论之处极多，这里只对 GnuPG 蜻蜓点水地介绍了一下。如果你想深入了解这方面的知识，可以参看下面的资料。

　　在线的文档

　　Gpg –h ##可以显示GnuPG 命令和选项的快捷参考。

　　有用的网站：

　　http://www.gnupg.org — GnuPG 网站，其中有到最新 GnuPG 发行版本、通俗易懂的用户指南、以及其它加密资源的链接。

　　相关书籍：

　　PGP &GPG ，作者Michael W. Lucas；No Starch Press出版。

PGP &GPG封面