加密、数字签名和数字证书

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1      对称加密

对称加密算法中，加密和解密使用的是同一个秘钥，所以秘钥的保护是非常重要的，对称加密和解密过程如下图：

• 对称算法加密过程

• 对称算法解密过程

尽管对称秘钥能够满足对内容的加密了，但是对称算法还是存在以下两个问题的。

1、秘钥泄密风险：务端与客户端彼此之间必须约定将使用的密钥，而这个约定的过程本身就可能存在泄密的风险；

2、如果有100甚至更多的客户端要向服务器发送文件。那么，服务器可能需要有100多次约定密钥的过程。

 

由此可见，无论是安全性还是可用性上，对称密钥都是存在问题的。而两个问题则是必须解决的。

2      非对称加密

非对称算法加密和解密使用的是不同的秘钥，加密算法有一对秘钥，分别是公钥和私钥，公钥是公开的，私钥则是自己保管。

 

• 非对称算法加密过程

 

• 非对称算法解密过程

 

 

3      数字签名和加密

加密是指对某个内容加密，加密后的内容还可以通过解密进行还原。 比如我们把一封邮件进行加密，加密后的内容在网络上进行传输，接收者在收到后，通过解密可以还原邮件的真实内容。

 

签名就是在信息的后面再加上一段内容，可以证明信息没有被修改过。签名一般是对信息做一个hash计算得到一个hash值，注意，这个过程是不可逆的，也就是说无法通过hash值得出原来的信息内容。在把信息发送出去时，把这个hash值加密(使用非对称算法的私钥进行加密)后做为一个签名和信息一起发出去。接收方在收到信息后，会重新计算信息的hash值，并和信息所附带的hash值(解密后)进行对比，如果一致，就说明信息的内容没有被修改过，因为这里hash计算可以保证不同的内容一定会得到不同的hash值，所以只要内容一被修改，根据信息内容计算的hash值就会变化。当然，不怀好意的人也可以修改信息内容的同时也修改hash值，从而让它们可以相匹配，为了防止这种情况，hash值一般都会加密后(也就是签名)再和信息一起发送，以保证这个hash值不被修改。

数字签名解决了信息安全上面的不可抵赖性和不可篡改性问题。

4      数字证书

基于非对称密钥算法，Bob生成了一对公私钥。Bob将公钥发布在公开的密钥库中。而Alice在向Bob发送加密文件或者验证Bob签名的文件时，均要从公钥库取到Bob的公钥。我们已经知道，一般来说公钥就是一段固定长度的字符串，并没有特定的含义。

为了让Alice能够方便的辨别公钥，我们可以考虑对给公钥附加一些信息，例如该公钥使用的算法，该公钥的所有者（主题），该公钥的有效期等一系列属性。这样的数据结构我们称作PKCS10数据包

公钥的主题我们采用唯一标示符(或称DN-distinguished name)，以尽量唯一的标示公钥所有者。以下是基于抽象语法表示法所定义的PKCS10数据结构：

 

我们已经有了PKCS10数据包，除了公钥信息外，还有公钥的持有者，公钥的版本号等信息。然而这样的数据结构其实并没有任何权威性。例如有一天一个叫做Richard的人想冒充Bob，也生成一对公私钥，并且使用了相同的公钥主题封装为P10数据结构。Alice其实并没有办法分辨哪个是真实Bob的公钥。

为了解决这个问题，就需要一个权威的第三方机构，对P10结构的数据进行认证。就如同对P10文件盖上一个权威的章，防止仿照。这样的权威机构，我们称作CA(Certificate Authority)数字证书认证中心。而CA如何为P10数据盖章呢？非常简单，就是我们前文已经提到的数字签名技术：

①　如上图所示，CA机构其实也持有一张私钥。一般来说，CA会对这份私钥进行特别的保护，严禁泄漏和盗用。

 

②　Bob将自己的公钥附加上一系列信息后，形成了P10数据包（请求包），并发送给CA。

 

③　CA机构通过其他一些手段，例如查看Bob的身份信息等方式，认可了Bob的身份。于是使用自己的私钥对P10请求进行签名。（也可能会先对数据进行一些简单修改，如修改有效期或主题等）

 

④　这样的签名结果，我们就称作数字证书。

 

数字证书同样遵循一个格式标准，我们称作X509标准，我们一般提到的X509证书就是如此。

5      基于数字证书发送文件过程

基于数字证书，我们可以再来看看Bob如何给Alice发送一份不可否认、不可篡改的文件：

第一步：Bob除了对文件进行签名操作外，同时附加了自己的数字证书。一同发给Alice。

第二步：Alice首先使用CA的公钥，对证书进行验证。如果验证成功，提取证书中的公钥，对Bob发来的文件进行验签。如果验证成功，则证明文件的不可否认和不可篡改。

 

可以看到，基于数字证书后，Alice不在需要一个公钥库维护Bob（或其他人）的公钥证书，只要持有CA的公钥即可。数字证书在电子商务，电子认证等方面使用非常广泛，就如同计算机世界的×××，可以证明企业、个人、网站等实体的身份。同时基于数字证书，加密算法的技术也可以支持一些安全交互协议（如SSL）。

 

参考：https://yq.aliyun.com/articles/54155

文章题目：加密、数字签名和数字证书
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