Linux: gpg 公钥签名技术学习
GPG（GNU Privacy Guard）是一种加密软件，广泛用于保护数据的隐私和真实性。其核心是基于公钥密码学（Public Key Cryptography）的技术，即使用一对密钥进行加密和解密操作。本文将深入探讨GPG的公钥签名技术，及其在数据安全中的应用。此外，我们还将介绍如何生成和管理密钥，尤其是ED25519算法的密钥，以及如何在没有密码短语的情况下配置和使用这些密钥。
什么是公钥签名技术？
公钥签名技术是一种确保数据完整性和真实性的方法。在公钥密码学中，每个用户拥有一对密钥：公钥和私钥。公钥可以公开分发，而私钥必须严格保密。签名技术利用这对密钥来创建和验证数字签名。
签名过程
- 生成摘要（Hash）： 首先，对数据进行哈希运算，生成一个固定长度的哈希值（摘要）。常用的哈希算法有SHA-256等。
- 加密摘要： 使用私钥对生成的哈希值进行加密，得到数字签名。
- 附加签名： 将数字签名附加在原始数据后，一同发送给接收方。
验证过程
- 提取签名： 接收方从收到的数据中提取数字签名和原始数据。
- 生成摘要： 对接收到的原始数据再次进行哈希运算，生成哈希值。
- 解密签名： 使用发送方的公钥解密数字签名，得到签名时的哈希值。
- 对比哈希值： 比较解密后的哈希值与重新生成的哈希值，如果一致，证明数据未被篡改且确实由私钥持有者签名。
GPG 公钥签名的具体实现
在GPG中，实现公钥签名和验证过程非常简单。以下是基本操作步骤：
生成密钥对
首先，用户需要生成一对公私钥：
bash
gpg --full-generate-key
根据提示，选择密钥类型、长度和有效期等信息，生成密钥对。
签名文件
使用私钥对文件进行签名：
bash
gpg --sign <file>
这将生成一个带有签名的文件，文件扩展名为.gpg。
验证签名
接收方使用发送方的公钥验证签名：
bash
gpg --verify <file>.gpg
如果签名有效，GPG将提示签名者的身份及签名的有效性。
生成ED25519算法的密钥
ED25519是一种基于椭圆曲线的公钥签名算法，具有高安全性和高性能的特点。以下是使用GPG生成ED25519密钥对的步骤。
创建配置文件
首先，创建一个配置文件，例如gpg-gen-ed25519-key-script，内容如下：
plaintext
%echo Generating an ED25519 key
Key-Type: eddsa
Key-Curve: ed25519
Key-Usage: sign cert
Subkey-Type: ecdh
Subkey-Curve: cv25519
Subkey-Usage: encrypt
Name-Real: Your Name
Name-Comment: Your Comment
Name-Email: your.email@example.com
Expire-Date: 0
Passphrase: your-secure-passphrase
%commit
%echo done
生成密钥对
使用以下命令生成ED25519密钥对：
bash
gpg --batch --generate-key gpg-gen-ed25519-key-script
验证生成的密钥对
可以使用以下命令列出生成的密钥：
bash
yijie@heaven:~$ gpg --list-keys
/home/yijie/.gnupg/pubring.kbx
------------------------------
pub rsa4096 2024-08-02 [SC] [expires: 2034-07-31]
7DADA698B9D2D0F4418F48C8596A0C0C2C56C7AD
uid [ultimate] yijie (for yijie) <heishui@live.com>
sub rsa4096 2024-08-02 [E] [expires: 2034-07-31]
pub ed25519 2024-08-02 [SC] [expires: 2034-07-31]
B2B13AB5FB447C5748009ACA5A8F298F477C40F7
uid [ultimate] Dave (for Dave) <Dave@example.com>
sub cv25519 2024-08-02 [E] [expires: 2034-07-31]
导出公钥和私钥
导出公钥：
bash
gpg --armor --export your.email@example.com > public.key
导出私钥：
bash
gpg --armor --export-secret-keys your.email@example.com > private.key
主密钥与子密钥
在GPG中，主密钥和子密钥是公钥加密体系中的两个重要概念。主密钥是核心密钥，主要用于签名和认证，而子密钥是从主密钥派生出来的辅助密钥，通常用于加密和签名操作。主密钥和子密钥的功能可以根据具体需求进行配置。
生成包含所有功能的主密钥
如果希望简化管理，只使用一个包含所有功能的主密钥，可以创建一个配置文件，指定密钥的用途：
plaintext
%echo Generating an all-purpose key
Key-Type: default
Key-Length: 4096
Key-Usage: sign encrypt auth
Name-Real: Your Name
Name-Comment: Your Comment
Name-Email: your.email@example.com
Expire-Date: 0
Passphrase: your-secure-passphrase
%commit
%echo done
使用以下命令生成密钥对：
bash
gpg --batch --generate-key gpg-gen-all-purpose-key-script
处理无密码短语的密钥
即使没有为私钥设置密码短语，GPG 可能仍会提示输入密码。这通常是由于GPG代理的配置或默认行为导致的。以下是避免密码提示的方法：
配置GPG代理
编辑或创建 ~/.gnupg/gpg-agent.conf 文件，添加以下行：
plaintext
allow-loopback-pinentry
重启GPG代理：
bash
gpgconf --kill gpg-agent
gpgconf --launch gpg-agent
使用 --pinentry-mode loopback 选项
在执行GPG操作时，使用 --pinentry-mode loopback 选项，使GPG在非交互模式下工作，并避免密码提示：
bash
gpg --pinentry-mode loopback --import your-private-key.asc
检查和设置默认 pinentry 模式
确保GPG配置文件 ~/.gnupg/gpg.conf 中包含以下行，以默认启用 loopback 模式：
plaintext
use-agent
pinentry-mode loopback
总结
通过理解和应用GPG的公钥签名技术，我们可以在多种应用场景中有效地保护数据的完整性和真实性。无论是生成包含所有功能的主密钥，还是处理无密码短语的密钥，正确的配置和使用方法都是确保数据安全的关键。
腾讯云开发者
