GPG

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useful encryption tool

Intro

Pretty Good Privacy (PGP) is a nice example of an e-mail encryption scheme written by Phil Zimmermann in 1991 [PGP 2020]. Depending on the version, the PGP soft- ware uses MD5 or SHA for calculating the message digest; CAST, triple-DES, or IDEA for symmetric key encryption; and RSA for the public key encryption.

不过PGP是商用软件, 因此自由软件基金会( FSF )开发了PGP的替代品GnuPG, 也就是GPG. 这两个软件事实上差不多, 我们接下来介绍GPG.

GPG( or PGP )的实现原理参见拙著Security in Internet --> Application Layer: Securing E-Mail

install

  • 输入gpg --help可以查看你是否已经安装

Generate GPG key

Ref: 阮一峰的GPG教程

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gpg --full-generate-key

  1. 按照提示输入信息，密钥类型使用默认的RSA and RSA即可。密钥长度推荐使用4096.

  2. 然后输入你的个人信息，GPG会根据你输入的信息来生成一个User ID. 个人信息包括: 用户名, 邮箱.

    GnuPG needs to construct a user ID to identify your key.

以"阮一峰"为例, 他填写的Real Name是Ruan YiFeng, Email address是[email protected]，所以他的USER ID就是"Ruan YiFeng [email protected]".

  1. 接着, 系统会让你设定一个私钥的密码. 这是为了防止误操作, 或者系统被侵入时有人擅自动用私钥.

    Please enter the passphrase to protect your new key: ...

  2. 然后, 系统就开始生成密钥了, 这时会要求你做一些随机的举动, 以生成一个随机数.

    We need to generate a lot of random bytes. It is a good idea to perform some other action (type on the keyboard, move the mouse, utilize the disks) during the prime generation; this gives the random number generator a better chance to gain enough entropy.

密钥生成完毕后, 会有如下输出:

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/Users/lyk/.gnupg/pubring.kbx
-----------------------------
pub   rsa3072 2023-07-15 [SC]
      7D6950635D1A34200C44E47302753F5D92BA2D0F
uid           [ultimate] Yukuan Lu <[email protected]>
sub   rsa3072 2023-07-15 [E]

注意上面的字符串7D69506..., 它是USER ID Yukuan Lu <[email protected]>的hash. 在之后需要填写USER ID的场合, 可以填写其hash作为替代. 并且USER ID中单独的Real Name和Email部分也都能够替代USER ID.

也就是说, 下面四段文本都表示同一个User:

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Yukuan Lu
[email protected]
Yukuan Lu <[email protected]>
7D6950635D1A34200C44E47302753F5D92BA2D0F

Generate revocation certificate

在生成密钥后, 最好再生成一张revocation certificate(撤销证书), 以备以后密钥作废时, 可以请求外部的公钥服务器撤销你的公钥.

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gpg --output <file> --gen-revoke <USER ID>

如之前所说, 这里的USER ID可以填写下列之一:

  1. USER ID的hash
  2. 完整的USER ID
  3. USER ID中的Real Name部分
  4. USER ID中的Email部分

以填写Real Name( "Yukuan Lu")为例:

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gpg --gen-revoke "Yukuan Lu"

sec  rsa3072/02753F5D92BA2D0F 2023-07-15 Yukuan Lu <[email protected]>

Create a revocation certificate for this key? (y/N) y

Key management

By default, the GnuPG keyrings are stored in the (hidden) folder ~/.gnupg.

List keys

public key

列出系统中已有的公钥:

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gpg --list-keys

显示如下：

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/Users/lyk/.gnupg/pubring.kbx
-----------------------------
pub   rsa3072 2023-07-15 [SC]
      7D6950635D1A34200C44E47302753F5D92BA2D0F
uid           [ultimate] Yukuan Lu <[email protected]>
sub   rsa3072 2023-07-15 [E]

  • 第一行:公钥文件地址(/home/lyk/.gnupg/pubring.kbx)

  • 第二行:公钥特征.

    • rsa3072: 使用rsa算法, 密钥长度为4096.
    • 2023-07-15: 密钥生成时间.
    • 7D6950635D1A34200C44E47302753F5D92BA2D0F: USER ID的hash.

  • 第三行:

  • 第四行: 私钥特征

private key

列出私钥

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gpg --list-secret-keys --keyid-format LONG <USER ID>
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sec   rsa3072/02753F5D92BA2D0F 2023-07-15 [SC]
      7D6950635D1A34200C44E47302753F5D92BA2D0F
uid                 [ultimate] Yukuan Lu <[email protected]>
ssb   rsa3072/BECE71EA85ACCF78 2023-07-15 [E]

各个字段的解释和公钥的相同.

Export keys

导出指定USER ID的公钥:

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gpg --armor --output public-key.txt  --export <USER ID>
  • --output outputfile_name: 指定输出位置
  • 由于公钥文件（pubring.kbx）以二进制形式储存, 使用 -armor可以将其转换为ASCII码显示.

类似地, export-secret-keys参数可以导出私钥.

导出指定USER ID的私钥:

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gpg --armor --output private-key.txt --export-secret-keys <USER ID>

导出全部User的私钥:

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gpg --armor --output private-key.txt --export-secret-keys

在导出私钥时, 需要为每一个私钥都输入passphrase.

Delete keys

删除生成的密钥对时, 需要先删除私钥, 再删除公钥. 否则会输出gpg: there is a secret key for public key <USER ID>!指导用户先删除私钥.

删除私钥:

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gpg --delete-secret-keys DFD8CE52

删除公钥:

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gpg --delete-keys 0CADF4B5

Import Keys

导入公钥:

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gpg --import [公钥文件]

导入私钥:

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gpg --allow-secret-key-import --import [私钥文件]

需要输入该私钥的passphere.

Upload public key

  • gpg --send-keys [用户ID] --keyserver hkp://subkeys.pgp.net：将公钥传到服务器subkeys.pgp.net，通过交换机制，所有的公钥服务器最终都会包含该公钥

  • gpg --fingerprint [用户ID]：生成公钥指纹

    • 由于公钥服务器没有检查机制，任何人都可以用你的名义上传公钥，所以没有办法保证服务器上的公钥的可靠性。通常，因此需要公布一个公钥指纹，让其他人核对下载到的公钥是否为真

Search Public Key

  • 为了获得他人的公钥，可以让对方直接发给你，或者到公钥服务器上寻找

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    gpg --keyserver hkp://subkeys.pgp.net --search-keys [用户ID]

正如前面提到的，我们无法保证服务器上的公钥是否可靠，下载后还需要用其他机制验证

Encrypt && Decrypt

Encrypting and decrypting documents

Encrypt

假定有一个压缩文件XX.zip, 对它加密:

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gpg --recipient <USER ID> --output XX.zip.gpg --encrypt XX.zip

  • --encrypt: 要加密的源文件

  • -r/--recipient：

    指定接受者的USER ID. 可以写完整的USER ID, 也可以写它的hash表示, 也可以只写Email. (--> ref)

    文件将会使用这个公钥进行加密, 也就是只有拥有这个私钥的人才能解密信息. 可以指定多个, 则多个接受者都能解密信息.

    The --recipient option is used once for each recipient and takes an extra argument specifying the public key to which the document should be encrypted. The encrypted document can only be decrypted by someone with a private key that complements one of the recipients' public keys. In particular, you cannot decrypt a document encrypted by you unless you included your own public key in the recipient list.

  • -o/--output：指定加密后的信息输出到哪个文件。可选，如果不指定将会输出到标准输出。

  • -a/--armor：将加密后的信息转为可打印的 ASCII 字符。可选，如果不指定将会输出二进制信息。

Decrypt

对方收到加密文件以后, 就用自己的私钥解密.

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gpg  --output XX.zip --decrypt XX.zip.gpg
  • --decrypt： 指定需要解密的文件
  • --output： 指定解密后生成的文件

GPG允许省略decrypt的参数:

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gpg demo.en.txt

运行上面的命令以后，解密后的文件内容直接显示在STDOUT

如果本机找不到对应的私钥, 则会输出:

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gpg: encrypted with rsa3072 key, ID 7DCA6EA0D0E8372D, created 2023-07-09
      "<USER ID>"
gpg: public key decryption failed: No secret key
gpg: decryption failed: No secret ke

Signiture

file signiture

有时，我们不需要加密文件，只需要对文件签名，表示这个文件确实是我本人发出的

  • gpg --sign demo.txt: 在当前目录下生成demo.txt.gpg文件，这就是签名后的文件,默认采用二进制储存

    • --clearsign: 生成ASCII码的签名文件（ demo.txt.asc， 后缀名asc表示该文件是ASCII码形式 ）

  • gpg --detach-sign demo.txt： 生成单独的签名文件，与文件内容分开存放

    运行上面的命令后，当前目录下生成一个单独的签名文件demo.txt.sig。该文件是二进制形式的，如果想采用ASCII码形式，要加上armor参数。

    gpg --armor --detach-sign demo.txt

verify signiture

我们收到别人签名后的文件，需要用对方的公钥验证签名是否为真,--verify用来验证

gpg --verify demo.txt.asc demo.txt

举例来说，openvpn网站就提供每一个下载包的gpg签名文件。你可以根据它的说明，验证这些下载包是否为真

Signiture + Encryption

如果想同时签名和加密，可以使用下面的命令：

gpg --local-user [发信者ID] --recipient [接收者ID] --armor --sign --encrypt demo.txt

  • --local-user： 用发信者的名字作为私钥签名，该option必须放在前面。 该option是可选的，默认采用default- key
  • --recipient： 指定用接收者的公钥加密
  • --armor： 采用ASCII码形式显示
  • --sign： 表示需要签名
  • --encrypt： 指定源文件

将 GPG 密钥与 Git 关联

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git config --global user.signingkey 66DD4800155F7A2B
# 或者
git config user.signingkey 66DD4800155F7A2B

Git 提交启用签名

  • 在提交时启用签名很简单，只要在git commimt命令中加上-S选项即可。

  • 1Git 提交时，使用 -S 标记进行 GPG 签名：

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    git commit -S -m “commit message"

  • Git 可以设置默认使用 GPG 签名提交：

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    git config --global commit.gpgsign true
    # 或者
    git config commit.gpgsign true

解决“error: gpg 数据签名失败”

  • commit报错：

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    error: gpg 数据签名失败
    fatal: 写提交对象失败

  • solution：

    1. 在.zshrc里面加入一行代码 export GPG_TTY=$(tty)

    2. 重启 gpg-agent: 第一次配置，必须重启，否则签名会失败:

      gpgconf –kill gpg-agent

    3. 重启终端（或者新开一个终端标签）