Windows加密服务架构
Windows加密是安全体系的重要基础和组成部分。现代CPU的保护模式是系统安全的硬件基石,基于CPU硬件的特权分级,Windows让自身的关键系统代码运行在高处理器特权级的内核模式,各种应用程序则运行在低处理器特权级的用户态,保证了系统层面的基本安全控制逻辑(如内存、文件等系统资源的访问控制机制等)的有效性。加密技术与系统安全控制逻辑的结合,使得用户信息在面对一定程度上不可靠的存储和传输环境时,如计算机失窃、存在网络嗅探的情形下,仍能保持其私密性、不可篡改的完整性等安全属性。
Windows加密算法以服务提供软件包(CSP)机制组织管理。Windows定义了CSP的架构及其API。系统向应用层显露的加密API称为CryptoAPI,Windows Vista以后,微软引入了下一代的CryptoAPI(CryptoAPI Next Generation缩写为CNG)通过这些API函数,应用程序可以枚举系统中存在的CSP,选择符合自己需要的CSP,使用CSP所实现的算法进行加密操作。每个CSP包含有来自某个厂商实现的一组加密算法和密钥保护机制,不同的CSP可以含有相同算法的不同实现。有的CSP是与硬件结合的,算法逻辑和密钥保护实现在独立的硬件上,这种CSP起着接口适配作用,使得应用软件与这些加密硬件的技术特性隔离开来。微软在Windows中预置了几个CSP,这些CSP所包含的加密算法在所有的Windows计算机上都可用。通过CSP框架,应用软件可以使用Windows定义的统一API,实施加密操作。这样,应用很容易适应不同的加密算法实现方式。看上去差异很大的加密实现方式,对于应用程序来说,只是CSP名称的差异。CSP的选用很容易做成可以配置的选项,由应用系统集中管控或者由终端用户自行选择。
CryptoAPI架构示意图
CNG架构示意图
Crypto API和CNG不仅是两组API,也呈现出来了操作系统加密技术架构。以CryptoAPI为例。任何厂商都可以以自己的方式实现加密算法,按照CSP规范,实现CryptoSPI,即可把自己的算法实现加入Windows系统。用户使用操作系统定义的CryptoAPI函数,能够调用已经注册的任何算法的实现。
微软随Windows系统提供了几个CSP,这些CSP所实现的算法任何Windows程序都可以直接使用,无需依赖第三方加密软件。
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