「OpenPGP」- Pretty Good Privacy

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认识

官网：https://www.openpgp.org/
文档：

OpenPGP 是一套非专有的、开放的互联网标准（定义于 RFC 4880 及其后续扩展），它规定了如何对数字内容（如文本、文件、电子邮件）进行加密、解密、数字签名和验证。OpenPGP 是数字隐私领域的基石技术。它提供了一个强大、灵活且经过实战检验的框架来保护数据的机密性和真实性。尽管它在用户体验和某些现代安全特性上存在挑战，但它在软件验证、电子邮件加密等需要高度信任和安全的领域仍然是不可或缺的工具。理解 OpenPGP 是理解现代数字安全的一个重要组成部分。其不仅是标准，也是个由多种兼容软件（如 GnuPG）实现的生态系统。

OpenPGP 是个广泛使用的邮件加密标准。

历史背景：PGP 到 OpenPGP

1991: PGP 诞生 – 菲利普·齐默曼（Philip R. Zimmermann）发布了 Pretty Good Privacy 软件。它最初是为了保护人权活动家的通信而设计的。由于其强大的加密能力，齐默曼曾受到美国政府的犯罪调查（当时加密软件被视为军火出口管制）。

标准化需求 – PGP 的巨大成功催生了互操作性的需求。不同的公司开发了不同版本的 PGP，但它们需要遵循一个共同的标准才能互通。

1997: OpenPGP 成为标准 – 互联网工程任务组（IETF）成立了工作组，并将 PGP 的格式制定为开放标准。这个标准被命名为 OpenPGP。

现今 – OpenPGP 标准由多个 RFC 文档定义，并由各种软件实现。其中最著名的是 GNU Privacy Guard 实现。

在日常生活中，这三个术语经常被混用，但技术上它们有上述区别。关键区别：

  • PGP: 最初由齐默曼创建的软件商标，现属于 Broadcom（通过收购赛门铁克）。
  • OpenPGP: 由 IETF 标准化的协议标准。
  • GnuPG (GPG): 遵循 OpenPGP 标准的一个完全免费、开源的软件实现，由 Werner Koch 开发，是当今最主流的实现。

组成

核心密码学原理：非对称加密与混合加密

OpenPGP 的魔力建立在公钥密码学之上。

#### 1. 非对称加密

系统使用一对数学上相关联的密钥：

  • 公钥：可以自由分发，用于加密和验证签名。
  • 私钥：必须严格保密，用于解密和创建签名。

重要特性：用公钥加密的内容，只能用对应的私钥解密。反之，用私钥签名的内容，可以用对应的公钥验证。

#### 2. 混合加密系统

非对称加密（如 RSA、ECC）计算非常缓慢，不适合加密大量数据。因此，OpenPGP 采用混合加密系统：

  1. 生成会话密钥：当加密一个文件或邮件时，发送方软件会随机生成一个一次性的、强大的对称加密密钥（称为会话密钥）。
  2. 加密数据：使用这个会话密钥和快速的对称加密算法（如 AES）来加密实际的数据。
  3. 加密会话密钥：使用接收方的公钥（非对称加密）来加密这个会话密钥。
  4. 打包发送：将加密后的数据和加密后的会话密钥一起打包发送给接收方。

接收方收到后：

  1. 使用自己的私钥解密出会话密钥。
  2. 使用解密得到的会话密钥去解密出原始数据。

这种方法结合了非对称加密的安全性和对称加密的高效性。

密钥与信任模型：Web of Trust

#### 1. 密钥结构

一个 OpenPGP 密钥对实际上是一个主密钥-子密钥的复合结构：

  • 主密钥（Certify Key）：
    • 这是身份的核心，用于签署其他子密钥，证明它们属于该身份。
    • 应被极度保护，通常离线存储，很少使用。
  • 子密钥：
    • 加密子密钥：用于加密数据。
    • 签名子密钥：用于创建数字签名。
    • 认证子密钥：用于登录认证等。
    • 子密钥可以定期轮换，即使泄露或丢失，只需用主密钥撤销并生成新的即可，无需重建整个身份。

#### 2. Web of Trust vs. CA

如何相信一个公钥真的属于它声称的主人？OpenPGP 使用独特的 Web of Trust 模型，与 HTTPS 使用的证书颁发机构模型不同。

  • 证书颁发机构：你信任一个中心化的第三方（如 Let’s Encrypt）来验证所有网站的身份。
  • Web of Trust：信任是去中心化的。你通过你信任的人来验证他人的身份。
    • 密钥签名：如果你亲自验证了 Alice 的身份（例如，核对护照和密钥指纹），你可以用你的私钥签署她的公钥。
    • 信任传递：如果你信任 Alice 能很好地验证他人的身份，那么你可能会选择信任所有被她签署过的密钥。
    • 通过这种“朋友介绍朋友”的方式，形成一个信任网络。

密钥指纹是一串唯一的哈希值（如 `AB12 CD34 EF56 …`），是验证密钥身份的最可靠方式。

详细工作流程：以加密邮件为例

假设 Alice 要向 Bob 发送一封加密并签名的邮件。

  1. 准备：
    • Alice 和 Bob 都生成了自己的 OpenPGP 密钥对。
    • 他们互相交换了公钥（例如，通过上传到密钥服务器，或直接发送）。

  1. 发送方（Alice）操作：
    • 签名：Alice 的邮件客户端用她的私钥对邮件内容生成一个数字签名。
    • 加密：
      1. 客户端生成一个随机的会话密钥。
      2. 用会话密钥加密“邮件内容+签名”。
      3. 用Bob 的公钥加密这个会话密钥。
    • 发送：客户端将`[用Bob公钥加密的会话密钥] + [用会话密钥加密的(内容+签名)]`发送给 Bob。

  1. 接收方（Bob）操作：
    • 解密会话密钥：Bob 的邮件客户端用他的私钥解密出会话密钥。
    • 解密内容：用解密得到的会话密钥解密出原始的邮件内容和 Alice 的签名。
    • 验证签名：Bob 的客户端用Alice 的公钥验证签名。如果成功，则证明：① 邮件确实来自 Alice；② 邮件在传输中未被篡改。

性质

其核心目标是提供：

  • 保密性：确保数据只能被预期的接收者读取。
  • 身份认证：验证数据的发送者是谁。
  • 完整性：确保数据在传输过程中没有被篡改。

优点

  • 强大的安全性：基于久经考验的密码学原语。
  • 端到端加密：提供真正的隐私，中间人无法访问明文。
  • 开放标准与互操作性：多个实现可以互通，避免了厂商锁定。
  • 离线功能：加密、解密、签名、验证均可离线完成，不依赖网络服务。
  • 不可否认性：由于签名由私钥创建，发送方事后无法否认自己发送过的消息。

构建

https://www.openpgp.org/software/

应用

  • 安全电子邮件：最经典的应用，通过插件（如 Enigmail for Thunderbird）集成到邮件客户端中。
  • 软件包签名验证：几乎所有主流 Linux 发行版都使用 OpenPGP 签名来确保软件包镜像的完整性和来源真实性。开发者也会签署他们的 Git Commit/Tag。
  • 文件加密：加密敏感文件后再存储或传输，例如备份到云端。
  • 密码管理器：一些密码管理器（如 Pass）使用 GnuPG 作为后端来加密存储密码文件。
  • 安全消息传输：作为一些通信协议的底层加密基础。

改进

局限性与挑战

  • 用户体验复杂：密钥管理、交换、信任建立对普通用户来说门槛极高，是普及的最大障碍。
  • 元数据未加密：虽然内容加密了，但电子邮件的发件人、收件人、主题、时间等元数据仍然是明文。
  • 缺乏前向保密：如果一个人的私钥在将来某天被盗，攻击者可以解密所有过去截获的、用对应公钥加密的通信。（现代协议如 Signal 协议通过每次会话使用临时密钥来解决此问题）。
  • 密钥服务器问题：公钥服务器是公共的，一旦上传密钥就无法删除，存在隐私和滥用问题。
  • Web of Trust 实践困难：在全球范围内建立有效的 WoT 非常困难，大多数用户的密钥并未被他人签名。

参考

DeepSeek / 详细介绍 OpenPGP