Zhuang's Diary

言之有物，持之以恒

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nodepki

aditosoftware/nodepki: NodePKI is a simple NodeJS based PKI manager for small corporate environments. (github.com)](https://github.com/WillZhuang/nodepki) NodePKI 是一个简单的基于 NodeJS 的 PKI 管理器，适用于小型企业环境。

Requirements

  • Linux OS
  • NodeJS
  • NPM
  • OpenSSL

Setup

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git clone https://github.com/aditosoftware/nodepki.git
cd nodepki
npm install

Configure NodePKI

配置文件的例子有 config.yml.default，将其内容copy至 NodePKI/data/config/config.yml。修改 config.yml 根据你的配置。config.yml 中的密码将用于创建PKI。

Start API server

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node server.js

启动后，CA 文件将在 data/mypki 文件夹内创建。

用户登录接口 API user login

Add new user

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node nodepkictl useradd --username user1 --password user1password

Remove user

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node nodepkictl userdel --username user1

List all issued certificates

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curl -H "Content-type: application/json" -d '{ "data": { "state":"all" }, "auth": { "username":"thomas", "password":"test" } }' http://localhost:8080/api/v1/certificates/list

Request certificate from CSR

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curl -H "Content-type: application/json" -d '{ "data": { "applicant":"Thomas", "csr":"---CERTIFICATE SIGNING REQUEST---", "lifetime":365, "type":"server" }, "auth": { "username":"thomas", "password":"test" } }' http://localhost:8080/api/v1/certificate/request

利用 nodepki-client 管理你的 PKI

NodePKI 服务器的简单命令行客户端。

Dependencies

  • NodeJS
  • NPM
  • OpenSSL

Setup

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git clone https://github.com/ThomasLeister/nodepki-client.git
cd nodepki-client
npm install

Configure

Copy config.default.yml to config/config.yml and set the settings according to your environment.

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node client help            
[07:34:26] Reading config file data/config/config.yml ...
Usage: client <subcommand> [options]

命令：
  request    Request a new certificate with or without .csr file
  list       List issued certificates
  get        Get issued certificate by serial number
  revoke     Revoke certificate via cert file
  getcacert  Get CA certificate

选项：
  -h, --help  显示帮助信息                                                [布尔]

创建证书(与私钥)

Create new key + certificate from scratch and store both in out/ directory. Lifetime: 7 days.

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node client request --lifetime 7 --out out/

Create new key + certificate from scratch, add intermediate cert to cert and store in out/ directory

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node client request --out out/ --fullchain

Lifetime defaults to cert_lifetime_default setting in config.yml

Create a new client certificate:

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node client request --type client --out out/

获取发布的证书

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node client list --state all

可用的状态 Valid states:

  • all
  • valid
  • expired
  • revoked
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node client list --state valid

获取证书 Get certificate by serial number

… and store certificate to out/cert.pem

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node client get --serialnumber 324786EA --out out/cert.pem

Revoke issued certificate

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node client revoke --cert cert.pem

Get CA certificates

Get root certificate:

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node client getcacert --ca root

Write root certificate to file:

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node client getcacert --ca root --out out/root.cert.pem

Get intermediate certificate:

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node client getcacert --ca intermediate

Get intermediate certificate + root certificate (=cert chain) and write to file:

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node client getcacert --ca intermediate --chain --out out/ca-chain.cert.pem

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什么是同态加密

虽然同态加密即使现在听起来也很陌生，但是其实这个概念来自 1978 年，由 RSA 算法的发明者的 R 和 A 以及 Dertouzos 提出。具体的定义如下：

A way to delegate processing of your data, without giving away access to it.

翻译成人话就是传统的加密方法和数据处理方法是互斥的，比如我需要计算两个数字的和（1 和 2），如果加密了之后，就无法对密文进行计算；如果想要进行计算，就必须知道这两个数字是 1 和 2。如果数据拥有方和计算方是同一方，那么知道 1 和 2 没啥问题；但如果数据拥有方和计算方并非同一方，并且数据拥有方还不想让计算方知道这两个数字是 1 和 2，这个时候就是同态加密发挥作用的时候了。

同态加密将数据的处理和数据本身解耦了：计算方拿到的是加密之后的密文，但是依然可以相加，相加之后把结果告诉数据拥有方，最终数据拥有方解密就可以知道最终的计算结果。

同态加密的这个特点使得云服务厂商非常在意，因为这一举解决了用户担心云服务厂商窃取数据的担心（因为加密了除了计算没法做其他事情），并且因为加密计算本身耗费更多计算资源，还可以变相提高营收。

总结一下：同态加密使得数据可以在加密的状态下进行计算，至于支持什么计算，如何进行计算，我们接下来继续讲。

同态加密步骤

  1. 在本地生成用来加密数据的 Key
  2. 用 Key 和 Encrypt 算法加密本地的数据，记为 EncData = Encrypt(Key, Data)
  3. 告诉云平台/区块链平台需要如何计算数据，记为函数 F()
  4. 云平台/区块链平台进行计算 Evaluate，即 Evaluate(F(), EncData) = Encrypt(Key, F(Data))，记为 ProEncData
  5. 平台将 ProEncData 发回给到我
  6. 我用密钥进行解密 Decrypt，得到 F(Data) = Decrypt(Key, ProEncData)，也就是最终结果

在以上六个步骤中，至少有四个函数是必须的：

  1. 生成密钥的函数：本地执行，生成密钥
  2. Encrypt 函数：本地执行，加密数据，加密之后的数据不会暴露源数据的信息
  3. Evaluate 函数：用来执行用户给定的计算函数 F()，是唯一由云平台运行的函数
  4. Decrypt 函数：本地执行，解密数据

根据支持的 F() 的不同，同态加密分成了两类：

  1. Fully Homomorphic Encryption, FHE：这种方式下，任何 F() 都可以，只要这个算法能够被计算机实现即可。不过这个计算开销非常大，目前暂无实际应用。
  2. Somewhat Homomorphic Encryption, SWHE：这种方式下，只支持某些特定的F() （比如只支持加法/乘法，并且只能执行有限次数）。这个方案有比较大的限制，但也因此计算开销较小，已经可以在实际中使用
    1. 乘法：RSA, Elgamal
    2. 加法：Paillier

接下来我们会详细看看 Paillier 算法和 RSA 算法，对加法同态和乘法同态有更加深入的理解。

Paillier 算法

总共有如下几个步骤：

  1. 随机选择两个质数 p 和 q 满足 |p|=|q|=τ，这个条件保证了 p 和 q 的长度相等。
  2. 计算 N=pq 和 λ=lcm(p−1,q−1)，注：lcm 表示最小公倍数
  3. 随机选择 g∈Z∗,N2，满足 gcd(L(gλmodN2),N)=1gcd(L(gλmodN2),N)=1，注：gcd 表示最大公约数；Z 表示整数，下标表示该整数集合里有多少个元素；L(x)=x−1NL(x)=x−1N
  4. 公钥为 (N,g)(N,g)
  5. 私钥为 λ

参考项目：
https://github.com/apple/swift-homomorphic-encryption
苹果公司表示，它正在使用同态加密技术进行实时来电者身份验证查询，用以支持来电者识别和垃圾电话拦截服务。这项技术允许苹果通过向服务器发送加密的查询，请求获取电话号码的相关信息，而服务器无需知道或存储电话号码。
苹果公司表示，典型的同态加密工作流可能是这样的：

  • 客户端加密敏感数据，并将结果发送给服务器。
  • 服务器在不了解任何解密内容的情况下，对收到的密文进行必要的计算，可能还会结合服务器自身的明文输入。
  • 服务器将计算后的密文响应发送给客户端。
  • 客户端对收到的响应进行解密。
    Swift 实现集成了 Brakerski-Fan-Vercauteren（BFV）同态加密方案，这一方案具备抵御量子计算攻击的能力。

https://github.com/homenc/HElib
IBM 提供的 HElib目前不再进行积极的开发，尽管还有一些未解决的问题，它现在处于“维护模式”，主要的工作是修复安全漏洞。

https://github.com/microsoft/SEAL
至于微软的 SEAL 库，自 2018 年以来也都没有与发布相关的新闻，尽管其 GitHub 代码库偶尔还会有一些更新。

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项目地址：data61/MP-SPDZ: Versatile framework for multi-party computation (github.com)

安装

1）在ubuntu环境中，安装依赖包。

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apt-get install automake build-essential git libboost-dev libboost-thread-dev libntl-dev libsodium-dev libssl-dev libtool m4 python3 texinfo yasm

2）使用git下载项目源码，注意不是二进制的release文件。

3）在项目目录中，编译代码。

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make -j 8 tldr

4）试用并执行 the tutorial 教程，他是一个双方的、对恶意安全的教程。

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➜  MP-SPDZ git:(master) ./compile.py tutorial
Default bit length: 64
Default security parameter: 40
Compiling file /home/zhuang/Downloads/MP-SPDZ/Programs/Source/tutorial.mpc
WARNING: Order of memory instructions not preserved, errors possible
Writing to /home/zhuang/Downloads/MP-SPDZ/Programs/Schedules/tutorial.sch
Writing to /home/zhuang/Downloads/MP-SPDZ/Programs/Bytecode/tutorial-0.bc
Program requires:
           4 integer inputs from player 0
           4 integer inputs from player 1
        5420 integer bits
        2474 integer triples
         238 virtual machine rounds