GPG 加密与签名：从密钥生成到文件加密与验签

GPG 是什么：把「身份」和「加密」绑在一起的工具箱

上一篇文章《openssl 命令行》里我们用它生成证书、做对称加密。但 openssl 更适合「临场使用」：证书、握手、一次性加密。当你要长期、反复地和同一批人加密传输文件、证明「这个文件确实是我发的、没被改过」时，更顺手的工具是 GPG（GnuPG，GNU Privacy Guard）——OpenPGP 标准的开源实现。

GPG 的核心思路和 openssl 完全不同：

• 一套长期密钥。GPG 维护一个「密钥环」（keyring），你的密钥对生成一次、用很多年，不需要每次重新生成。
• 身份绑定。每个密钥对绑定一个 UID（姓名 + 邮箱），「加密给 demo@example.com」=「加密给那个人的公钥」，语义清晰。
• 加密与签名一体。公钥加密文件、私钥签名文件，验签方只需拿到你的公钥即可，不需要你的私钥。
• 密钥分发有一套信任体系。别人拿到你的公钥后要「核验并信任」，才能放心用你的公钥加密——这就是下文会遇到的"信任级别"问题的由来。

下面所有命令都在 Ubuntu 24.04（gpg 2.4.4）上实测执行。先看当前环境：

gpg --version | head -2

生成密钥对：一分钟搞定

交互式生成用 gpg --full-generate-key，会一步步问你算法、密钥长度、有效期、密码。但服务器上经常要无人值守，--quick-gen-key 配合三个参数就能全自动：

gpg --batch --pinentry-mode loopback --passphrase 'DemoPass123' --quick-gen-key 'Demo User <demo@example.com>'

首次运行会初始化密钥环目录（~/.gnupg/ 下的 pubring.kbx、trustdb.gpg），然后生成密钥。输出里最后一行值得特别留意：

gpg: revocation certificate stored as '/root/.gnupg/openpgp-revocs.d/DDEA2CDD134FB682BD421B49E59C130AC0166863.rev'

这行说的是：吊销证书（revocation certificate）已生成。如果私钥丢了/被偷了，靠这份 .rev 文件才能公告「这个密钥作废」，防止别人拿你的身份继续加密/签名。务必把这份吊销证书备份到安全的地方，密钥丢了它是唯一的后悔药。

查看密钥：指纹才是身份的凭据

用 gpg --list-keys 查看密钥环里已有的公钥：

gpg --list-keys --keyid-format long

输出结构拆开看：

• pub ed25519/E59C130AC0166863 2026-09-01 [SC] [expires: 2029-08-31]：主密钥，ed25519 算法，用途标记 [SC] = Sign（签名）+ Certify（管理证书/信任）。有效期默认 3 年。
• DDEA2CDD134FB682BD421B49E59C130AC0166863：完整指纹，40 位十六进制。这才是公钥真正的身份标识——跟别人核验密钥时对照的是这串指纹，不是邮箱（邮箱可以伪造）。
• uid [ultimate] Demo User <demo@example.com>：绑定的身份，[ultimate] 表示这是你自己的密钥（终极信任）。
• sub cv25519/C90103441ED7DFD7 2026-09-01 [E]：子密钥，cv25519 算法，用途 [E] = Encrypt（加密）。GPG 默认把「加密」和「签名」职责拆开：签名用主密钥，加密用子密钥，这样日常加密泄露也不会连累签名身份。

输出的前四行 gpg: checking the trustdb 是 GPG 在检查信任数据库（首次使用会初始化），可以忽略。

加密与解密文件

加密用对方的邮箱（GPG 自动在密钥环里找到对应公钥），--armor 把二进制密文转成纯文本格式——直接贴在聊天软件里发也没问题：

echo 'GPG 加密测试内容：你好，Linux！' > secret.txt
gpg --encrypt --armor --recipient demo@example.com secret.txt

加密命令本身是静默成功的，对比一下加密前后的文件：43 字节的明文变成 366 字节的 ASCII 密文（secret.txt.asc）。--recipient 可简写为 -r。

解密时注意一个坑。直接 gpg --decrypt secret.txt.asc 会失败：

gpg: encrypted with cv25519 key, ID C90103441ED7DFD7, created 2026-09-01
      "Demo User <demo@example.com>"
gpg: public key decryption failed: Inappropriate ioctl for device
gpg: decryption failed: Inappropriate ioctl for device

Inappropriate ioctl for device 的意思是：GPG 想弹出图形密码框（pinentry），但服务器上没有图形界面，也拿不到 tty。解法是告诉它用 loopback 模式、直接把密码写在命令行：

gpg --decrypt --pinentry-mode loopback --passphrase 'DemoPass123' secret.txt.asc

完整的「加密 → 解密」演示：

echo 'GPG 加密测试内容：你好，Linux！' > secret.txt && gpg --encrypt --armor --recipient demo@example.com secret.txt && gpg --decrypt --pinentry-mode loopback --passphrase 'DemoPass123' secret.txt.asc

输出里的 encrypted with cv25519 key, ID C90103441ED7DFD7 就是加密时用的那把子密钥 ID，明文原样解出。提醒一句：--passphrase 直接出现在命令行会把密码泄露给 ps 进程列表，生产脚本建议从文件读或配好 pinentry；本文为演示简洁直接写入。

签名与验签：证明文件「没被改过」

加密保护的是机密性（别人读不到），签名保护的是完整性（内容没被改）和真实性（确实是你的）。--detach-sign 生成一个独立的签名文件（不修改原文件）：

gpg --detach-sign --pinentry-mode loopback --passphrase 'DemoPass123' secret.txt
gpg --verify secret.txt.sig secret.txt

验签输出是 Good signature from "Demo User <demo@example.com>" [ultimate]，表示签名有效。现在模拟「文件在传输中被篡改」——往文件里追加一行：

echo '恶意篡改内容' >> secret.txt
gpg --verify secret.txt.sig secret.txt

输出立刻变成 BAD signature from "Demo User <demo@example.com>" [ultimate]，并且验签过程还会打印签名时间和使用的密钥指纹。生产环境里，下载软件镜像后验签、审计日志完整性校验，用的都是这套机制。

公钥分发：导出给别人的正确姿势

要给别人加密发文件，对方得有你的公钥。导出成纯文本格式：

gpg --export --armor --output demo-pubkey.asc demo@example.com
cat demo-pubkey.asc

输出是 -----BEGIN PGP PUBLIC KEY BLOCK----- 开头的一坨 base64 文本，把它发对方即可。对方在自己的机器上导入（这里用 --homedir 模拟另一台机器 Bob 的独立密钥环）：

mkdir -p /tmp/gpg-bob && chmod 700 /tmp/gpg-bob
gpg --homedir /tmp/gpg-bob --import demo-pubkey.asc
gpg --homedir /tmp/gpg-bob --list-keys

导入后 Bob 的密钥环里就有了这份公钥。注意 --list-keys 输出里 uid 的信任标记是 [ unknown]——这是信任级别：GPG 知道这把公钥存在，但「这个公钥真的属于 demo@example.com 吗？」未经核验。此时 Bob 直接用这把公钥加密会失败：

gpg: B899471593761DAD: There is no assurance this key belongs to the named user
gpg: cannot open '/dev/tty': No such device or address

There is no assurance... 是 GPG 的安全设计：不想让你把密文发给「可能不是本人」的密钥。两个解决路径：

1. 正式做法：通过电话/面聊核对 40 位指纹，然后 gpg --sign-key demo@example.com 声明「我核验过这把密钥」——PGP 信任网就是这么建立的。
2. 快捷做法（脚本/演示场景）：加密时加 --always-trust，跳过信任检查：

gpg --homedir /tmp/gpg-bob --encrypt --armor --always-trust --recipient demo@example.com bob-msg.txt
gpg --decrypt --pinentry-mode loopback --passphrase 'DemoPass123' bob-msg.txt.asc

这样 Bob 用导入的公钥加密的密文，只有持有对应私钥的你才能解开——加密和解密的完整链路就通了。

小结

GPG 的工作流可以总结成四步：

1. 生成：gpg --batch --pinentry-mode loopback --passphrase '密码' --quick-gen-key '姓名 <邮箱>'，备份吊销证书。
2. 发布：gpg --export --armor -o 文件.asc 邮箱 把公钥发给对方，对方 gpg --import 导入。
3. 加密：gpg --encrypt --armor -r 邮箱 文件；解密加 --pinentry-mode loopback --passphrase '密码'。
4. 签名/验签：gpg --detach-sign 文件 + gpg --verify 文件.sig 文件，篡改会报 BAD signature。

和《openssl 命令行》对照着记：openssl 适合"一次性、证书场景"（HTTPS 证书、临时对称加密），gpg 适合"长期身份、日常文件加密与签名"（邮件加密、软件包签名、Git 提交签名）。两者都用公钥密码学，但工作模式完全不同。密钥的权限管理和文件权限体系也有交集，可参考《Linux 文件权限》给 ~/.gnupg 目录补上 700 权限。

参考资料

• GnuPG 官方文档：命令行手册
• man page：gpg（完整选项与退出码）
• OpenPGP 标准（RFC 4880）
• GPG 指纹核验最佳实践（GnuPG Wiki）