現代信息社會里，當電子郵件廣受歡迎的同時，其安全性問題也很突出。實際上，電子郵件的傳遞過程是郵件在網絡上反復復制的過程，其網絡傳輸路徑不確定，很容易遭到不明身份者的竊取、篡改、冒用甚至惡意破壞，給收發雙方帶來麻煩。進行信息加密，保障電子郵件的傳輸安全已經成為廣大E-mail用戶的迫切要求。PGP的出現與應用很好地解決了電子郵件的安全傳輸問題。將傳統的對稱性加密與公開密鑰方法結合起來，兼備了兩者的優點。PGP提供了一種機密性和鑒別的服務，支持1024位的公開密鑰與128位的傳統加密算法，可以用于軍事目的，完全能夠滿足電子郵件對于安全性能的要求。

1 操作描述

PGP的實際操作由五種服務組成：鑒別、機密性、電子郵件的兼容性、壓縮、分段和重裝。

1.1 鑒別

如圖1。步驟如下：

（1）發送者創建報文；

（2）發送者使用SHA-1生成報文的160bit散列代碼（郵件文摘）；

（3）發送者使用自己的私有密鑰，采用RSA算法對散列代碼進行加密，串接在報文的前面；

（4）接收者使用發送者的公開密鑰，采用RSA解密和恢復散列代碼；

（5）接收者為報文生成新的散列代碼，并與被解密的散列代碼相比較。如果兩者匹配，則報文作為已鑒別的報文而接收。

另外，簽名是可以分離的。例如法律合同，需要多方簽名，每個人的簽名是獨立的，因而可以僅應用到文檔上。否則，簽名將只能遞歸使用，第二個簽名對文檔的第一個簽名進行簽名，依此類推。

1.2 機密性

在PGP中，每個常規密鑰只使用一次，即對每個報文生成新的128bit的隨機數。為了保護密鑰，使用接收者的公開密鑰對它進行加密。圖2顯示了這一步驟，描述如下：

（1）發送者生成報文和用作該報文會話密鑰的128bit隨機數；

（2）發送者采用CAST-128加密算法，使用會話密鑰對報文進行加密。也可使用IDEA或3DES；

（3）發送者采用RSA算法，使用接收者的公開密鑰對會話密鑰進行加密，并附加到報文前面；

（4）接收者采用RSA算法，使用自己的私有密鑰解密和恢復會話密鑰；

（5）接收者使用會話密鑰解密報文。

除了使用RSA算法加密外，PGP還提供了DiffieHellman的變體EIGamal算法。

1.3 常規加密和公開密鑰結合的好處

（1）常規加密和公開密鑰加密相結合使用比直接使用RSA或E1Gamal要快得多。

（2）使用公開密鑰算法解決了會話密鑰分配問題。

（3）由于電子郵件的存儲轉發特性，使用握手協議來保證雙方具有相同會話密鑰的方法是不現實的，而使用一次性的常規密鑰加強了已經是很強的常規加密方法。

1.4 機密性與鑒別

如圖3所示，對報文可以同時使用兩個服務。首先為明文生成簽名并附加到報文首部；然后使用CAST-128（或IDEA、3DES）對明文報文和簽名進行加密，再使用RSA（或E1Gamal）對會話密鑰進行加密。在這里要注意次序，如果先加密再簽名的話，別人可以將簽名去掉后簽上自己的簽名，從而篡改簽名。

1.5 電子郵件的兼容性

當使用PGP時，至少傳輸報文的一部分需要加密，因此部分或全部的結果報文由任意8bit字節流組成。但由于很多的電子郵件系統只允許使用由ASCII正文組成的塊，所以PGP提供了radix-64(就是MIME的BASE 64格式)轉換方案，將原始二進制流轉化為可打印的ASCII字符。

1.6 壓縮

PGP在加密前進行預壓縮處理，PGP內核使用PKZIP算法壓縮加密前的明文。一方面對電子郵件而言，壓縮后再經過radix-64編碼有可能比明文更短，這就節省了網絡傳輸的時間和存儲空間；另一方面，明文經過壓縮，實際上相當于經過一次變換，對明文攻擊的抵御能力更強。

1.7 分段和重裝

電子郵件設施經常受限于最大報文長度（50000個）八位組的限制。分段是在所有其他的處理（包括radix-64轉換）完成后才進行的，因此，會話密鑰部分和簽名部分只在第一個報文段的開始位置出現一次。在接收端，PGP必須剝掉所在的電子郵件首部，并且重新裝配成原來的完整的分組。

2 加密密鑰和密鑰環

2.1 會話密鑰的生成

PGP的會話密鑰是個隨機數，它是基于ANSI X.917的算法由隨機數生成器產生的。隨機數生成器從用戶敲鍵盤的時間間隔上取得隨機數種子。對于磁盤上的randseed.bin文件是采用和郵件同樣強度的加密。這有效地防止了他人從randseed.bin文件中分析出實際加密密鑰的規律。

2.2 密鑰標志符

允許用戶擁有多個公開/私有密鑰對：（1）不時改變密鑰對；（2）同一時刻，多個密鑰對在不同的通信組交互。所以用戶和他們的密鑰對之間不存在一一對應關系。假設A給B發信，B就不知道用哪個私鑰和哪個公鑰認證。因此，PGP給每個用戶公鑰指定一個密鑰ID，這在用戶ID中可能是唯一的。它由公鑰的最低64bit組成（Kua mod 2 64）,這個長度足以使密鑰ID重復概率非常小。

2.3 密鑰環

密鑰需要以一種系統化的方法來存儲和組織，以便有效和高效地使用。PGP在每個結點提供一對數據結構，一個是存儲該結點年月的公開/私有密鑰對（私有密鑰環）；另一個是存儲該結點知道的其他所有用戶的公開密鑰。相應地，這些數據結構被稱為私有密鑰環和公開密鑰環。

3 公開密鑰管理

3.1 公開密鑰管理機制

一個成熟的加密體系必然要有一個成熟的密鑰管理機制配磁。公鑰體制的提出就是為了解決傳統加密體系的密鑰分配過程不安全、不方便的缺點。例如網絡黑客們常用的手段之一就是“監聽”，通過網絡傳送的密鑰很容易被截獲。對PGP來說，公鑰本來就是要公開，就沒有防監聽的問題。但公鑰的發布仍然可能存在安全性問題，例如公鑰被篡改（public key tampering），使得使用公鑰與公鑰持有人的公鑰不一致。這在公鑰密碼體系中是很嚴重的安全問題。因此必須幫助用戶確信使用的公鑰是與他通信的對方的公鑰。