数字签名和数字证书

Posted 2021-07-04 3Sunremitting

基本密码学知识

1、加密方法可以分为两大类：
一类是单钥加密（private key cryptography），还有一类叫做双钥加密（public key cryptography）。前者的加密和解密过程都用同一套密码，后者的加密和解密过程用的是两套密码。

历史上，人类传统的加密方法都是前一种，比如二战期间德军用的Enigma电报密码。莫尔斯电码也可以看作是一种私钥加密方法。在单钥加密的情况下，密钥只有一把，所以密钥的保存变得很重要。一旦密钥泄漏，密码也就被破解。

在双钥加密的情况下，密钥有两把，一把是公开的公钥，还有一把是不公开的私钥。

目前，通用的单钥加密算法为DES（Data Encryption Standard），通用的双钥加密算法为RSA（ Rivest-Shamir-Adleman），都产生于上个世纪70年代。

2、双钥加密的原理如下：
a) 公钥和私钥是一一对应的关系，有一把公钥就必然有一把与之对应的、独一无二的私钥，反之亦成立。
b) 所有的（公钥, 私钥）对都是不同的。
c) 用公钥可以解开私钥加密的信息，反之亦成立。
d) 同时生成公钥和私钥应该相对比较容易，但是从公钥推算出私钥，应该是很困难或者是不可能的。

在双钥体系中，公钥用来加密信息，私钥用来数字签名。

3、数字证书颁发原因：
因为任何人都可以生成自己的（公钥，私钥）对，所以为了防止有人散布伪造的公钥骗取信任，就需要一个可靠的第三方机构来生成经过认证的（公钥，私钥）对。目前，世界上最主要的数字服务认证商是位于美国加州的Verisign公司，它的主要业务就是分发RSA数字证书。

数字签名和数字证书

“数字签名”（digital signature）和"数字证书"（digital certificate）
参考网址：http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

1、鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，另一把是私钥。

2、鲍勃把公钥送给他的朋友们----帕蒂、道格、苏珊----每人一把。

情境一：

3、苏珊要给鲍勃写一封保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密，就可以达到保密的效果。

4、鲍勃收信后，用私钥解密，就看到了信件内容。这里要强调的是，只要鲍勃的私钥不泄露，这封信就是安全的，即使落在别人手里，也无法解密。

情景二：
（鲍勃回信，收信人需要确定两点：1、信确实是鲍勃发的；2、信的内容没有被改过）

5、鲍勃给苏珊回信，决定采用"数字签名"。他写完后先用Hash函数，生成信件的摘要（digest）。

6、然后，鲍勃使用私钥，对这个摘要加密，生成"数字签名"（signature）。

7、鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。

8、苏珊收信后，取下数字签名，用鲍勃的公钥解密，得到信件的摘要。由此证明，这封信确实是鲍勃发出的。

9、苏珊再对信件本身使用Hash函数，将得到的结果，与上一步得到的摘要进行对比。如果两者一致，就证明这封信未被修改过。

情境三
（如果有人在情境二的情况下，用自己的公钥替换了鲍勃的公钥，可以在苏珊不知道的情况下，冒充鲍勃给苏珊发信。因此，苏珊作为收信人还需要确定一点：自己手中的公钥确实是鲍勃的，确定公钥是没有被人替换的）

10、复杂的情况出现了。道格想欺骗苏珊，他偷偷使用了苏珊的电脑，用自己的公钥换走了鲍勃的公钥。此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥，但是还以为这是鲍勃的公钥。因此，道格就可以冒充鲍勃，用自己的私钥做成"数字签名"，写信给苏珊，让苏珊用假的鲍勃公钥进行解密。

11、后来，苏珊感觉不对劲，发现自己无法确定公钥是否真的属于鲍勃。她想到了一个办法，要求鲍勃去找"证书中心"（certificate authority，简称CA），为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对鲍勃的公钥和一些相关信息一起加密，生成"数字证书"（Digital Certificate）。

12、鲍勃拿到数字证书以后，就可以放心了。以后再给苏珊写信，只要在签名的同时，再附上数字证书就行了。

13、苏珊收信后，用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到鲍勃真实的公钥了，然后就能证明"数字签名"是否真的是鲍勃签的。

（这就相当于苏珊不自己拥有鲍勃的公钥，通过第三方机构来间接获取鲍勃的公钥，因为第三方机构对鲍勃的公钥进行了加密，虽然人人都可以使用第三方机构的公钥对数字证书解密，却没办法再替换数字证书中鲍勃的公钥，因为对鲍勃的公钥加密只能由拥有私钥的第三方机构完成。此时，收信人苏珊便可以确信自己解开数字证书后获得的公钥的确是鲍勃的，没有人能够冒充鲍勃了）。

实例：
14、下面，我们看一个应用"数字证书"的实例：https协议。这个协议主要用于网页加密。

15、首先，客户端向服务器发出加密请求。

16、服务器用自己的私钥加密网页以后，连同本身的数字证书，一起发送给客户端。

17、客户端（浏览器）的"证书管理器"，有"受信任的根证书颁发机构"列表。客户端会根据这张列表，查看解开数字证书的公钥是否在列表之内。

18、如果数字证书记载的网址，与你正在浏览的网址不一致，就说明这张证书可能被冒用，浏览器会发出警告。

19、如果这张数字证书不是由受信任的机构颁发的，浏览器会发出另一种警告。

20、如果数字证书是可靠的，客户端就可以使用证书中的服务器公钥，对信息进行加密，然后与服务器交换加密信息。