公钥加密与密钥封装之美：HPKE

当然，我们可以使用 RSA OAEP 加密数据，但密钥相当大，而且处理过程相当密集。我们的救星是椭圆曲线密码学 (ECC) 的使用。但是，我们实际上可以直接使用 ECC 加密数据，因此我们使用密钥封装方法 (KEM)，该方法也用于 PQC 方法。通过这种方式，我们使用 Diffie-Hellman (DH) 密钥交换方法——但以离线方式进行。

假设 Bob 想要为 Alice 加密数据。为此，Bob 将拥有一个私钥 b 和一个公钥 b.G，而 Alice 将拥有一个私钥 a 和一个公钥 a.G。然后，椭圆曲线上的基点是 G，其中 a.G 是将点 G 加到自身 a 次。Bob 最初以可信的方式获得 Alice 的公钥 (a.G)。然后，他将使用他的私钥 (b) 并执行 Diffie-Hellman 运算，以得到 a.B.G 的结果点。接下来，他将此输入到 HKDF 方法中，以扩展并提取到 AES 密钥中，以及一些上下文数据。这将导出一个密钥 (SecretKey)，该密钥将用于加密一些明文：

Bob 还会序列化他的公钥，并将其与消息一起发送。这还将具有一个哈希值，该哈希值将表明加密消息和序列化的公钥未被篡改。

为了解密，Alice 反序列化 Bob 的公钥以生成 b.G。然后，她将使用她的私钥 (a) 并执行 Diffie-Hellman 运算以获得 a.b.G。我们将此输入到具有上下文的 HKDF 函数中，这将生成与 Bob 相同的密钥 (SecretKey)。然后，Alice 将能够解密密文并显示消息。

使用混合公钥加密 (HPKE)，我们使用接收者的公钥，使用非对称密钥封装机制 (KEM) 来加密明文。该密钥是使用密钥派生函数 (KDF) 派生的，其中数据使用带有附加数据 (AEAD) 函数的经过身份验证的加密进行加密。在这种情况下，我们将使用：DHKEM_P256_HKDF_SHA256（使用 P256 作为 KEM）、DHKEM_P384_HKDF_SHA384（使用 P384 作为 KEM）、DHKEM_P521_HKDF_SHA512（使用 P521 作为 KEM）或 DHKEM_X25519_HKDF_SHA256（使用 X25519 作为 KEM）。在每种情况下，HKDF 都用于生成密钥。

代码是 [here]：

package main
import (
       "fmt"
 "os"
 "strconv"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/hybrid/hpke"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/hybrid"
 "github.com/tink-crypto/tink-go/v2/keyset"
)
func main() {
 msg:="Testing"
 context:="My Context"

 method:=hpke.DHKEM_P256_HKDF_SHA256
 m:=1
 argCount := len(os.Args[1:])
 if (argCount>0) {msg = os.Args[1]}
 if (argCount>1) {context =os.Args[2]}
 if (argCount>2) {m,_ =strconv.Atoi(os.Args[3])}

 if (m==2) {method=hpke.DHKEM_P384_HKDF_SHA384
 } else if (m==3) {method=hpke.DHKEM_P521_HKDF_SHA512
 } else if (m==4) {method=hpke.DHKEM_X25519_HKDF_SHA256
 } 
 plaintext := []byte(msg)
 contextInfo := []byte(context)
 params,_ := hpke.NewParameters(hpke.ParametersOpts{
  KEMID:   method,
  KDFID:   hpke.HKDFSHA256,
  AEADID:  hpke.AES256GCM,
  Variant: hpke.VariantTink,
 })
 
 km := keyset.NewManager()
 keyID, _ := km.AddNewKeyFromParameters(params)
 if err := km.SetPrimary(keyID); err != nil {
 }
 privateKeyHandle, _ := km.Handle()

 publicKeyHandle, _ := privateKeyHandle.Public()

 encrypter, _ := hybrid.NewHybridEncrypt(publicKeyHandle)
 decrypter, _ := hybrid.NewHybridDecrypt(privateKeyHandle)

 ciphertext,_ := encrypter.Encrypt(plaintext, contextInfo)
 decrypted,_ := decrypter.Decrypt(ciphertext, contextInfo)

 fmt.Printf("Plaintext: %s\n\n",msg)
 fmt.Printf("Method: %s\n\n",method)
 fmt.Printf("Private key: %s\n\n",privateKeyHandle)
 fmt.Printf("Public key: %s\n\n",publicKeyHandle)
 fmt.Printf("Ciphertext: %x\n\n",ciphertext)
 fmt.Printf("Decrypted: %s\n",decrypted)

}

DHKEM-P256-HKDF-SHA256 的示例运行是 [here]：

Plaintext: Testing
Method: DHKEM-P256-HKDF-SHA256
Private key: primary_key_id:1203322961 key_info:{type_url:"type.googleapis.com/google.crypto.tink.HpkePrivateKey" status:ENABLED key_id:1203322961 output_prefix_type:TINK}
Public key: primary_key_id:1203322961 key_info:{type_url:"type.googleapis.com/google.crypto.tink.HpkePublicKey" status:ENABLED key_id:1203322961 output_prefix_type:TINK}
Ciphertext: 0147b94051043bdeb59abad6caebff20753dadfc0bf8a2d6131b6935f149afdc84b450dda4316d79bae3529eaafec63197a55ffd30c186ffea74bbcb811bfb2b93dacfeaab3b4cc8352534fd5f2e7252abac03553b16d607ea791df7c9
Decrypted: Testing

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