探究公钥私钥对称加密非对称加密hash加密数字签名数字证书CA认证https它们究竟是什么，它们分别解决了通信过程的哪些问题。

Posted 2021-03-15 laipimei

一、准备

　　1. 角色：小白、美美、小黑。

　　2. 剧情：小白和美美在谈恋爱；小黑对美美求而不得、心生怨念，所以从中作梗。

　　3. 需求：小白要与美美需通过网络进行通信，联络感情，所以必须保证通信的安全性。

 

二、由通信过程中可能出现的问题来引出公钥、私钥、对称加密、非对称加密、hash加密、数字签名、数字证书、CA认证、https的相关知识

　　1. 场景1： 小白和美美在 http 协议下进行通信。

　　　　1.1 能否完成通信：能。

　　　　1.2 还可能出现其他问题：容易受到网络中间人攻击：在http协议下进行通信，信息是没有进行加密的，在透明的网络环境中，一旦信息被小黑截获，小黑可以查看、篡改信息内容，难以保证信息的安全。—— 问题所在：信息没加密。

　　　　1.3 解决办法：引入“公钥、私钥”对信息进行加密，详情见“场景2”。

　　2. 场景2： 小白和美美依旧是在 http 协议下进行通信，但小白先准备了一对秘钥（公钥+私钥），私钥由小白自己保管，公钥则交给了美美。通信时，小白先用“小白的私钥”对信息进行加密，然后再发送给美美；美美收到信息后，用“小白的公钥”进行解密，得到明文。美美要给小白发信息时，先用“小白的公钥”对信息进行加密，然后再发送给小白；小白收到回复后，用“小白的私钥”进行解密，得到明文。

　　　　2.1 公钥、私钥

　　　　（1）what：公钥（Public Key）与私钥（Private Key）是通过一种算法得到的一个密钥对（即一个公钥和一个私钥），公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分。

　　　　（2）特性：通过这种算法得到的密钥对能保证在世界范围内是独一的。

　　　　（3）作用：对信息进行加密。使用这个密钥对的时候，如果用其中一个密钥加密一段数据，必须用另一个密钥解密，比如：用公钥加密数据就必须用私钥解密，如果用私钥加密也必须用公钥解密，否则解密将不会成功。

　　　　2.2 能否解决“网络中间人攻击”问题：能。因为信息是用“小白的私钥/公钥”进行加密了，小黑即使截获了信息，但手上没有“小白的秘钥”来对信息进行解密，所以无法查看到明文。

　　　　2.3 还可能出现其他问题：美美都无法保证自己收到的信息是否是完整的。—— 问题所在：信息完整性无法保证。

　　　　2.4 解决办法：采用“数字签名”的方式来对信息的完整性进行确认，详情见“场景3”。

　　3. 场景3： 小白和美美依旧是在 http 协议下进行通信；小白依旧持有“小白的私钥”，美美则持有“小白的公钥”。小白每发出一封信件，都会先用hash函数生成信件的摘要，再用“小白的私钥”对摘要进行加密得到数字签名，最后将数字签名附在已加密的信件后面一同发给美美。美美收到信息后用“小白的公钥”对信件和数字签名进行解密，得到信件明文和摘要，再将信件明文通过Hash函数得到的摘要，最后将这个摘要和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，收到的信息是完整的。

　　　　3.1 数字签名

　　　　（1）what：用hash函数生成信件的摘要，再用用户的私钥进行加密；

　　　　（2）作用： 确保信息的完整性和不可抵赖性；

　　　　3.2 hash加密：是一种不可逆的加密方法，将一段明文进行加密， 对方得到密文后不可以得到明文。

　　　　3.2 能否解决“信息完整性”问题：能。

　　　　3.3 还可能出现其他问题：即使保证了收到的信息是完整的，但难以保证用户的身份：小黑可以冒充小白，去和美美进行通信。小黑自己生成了一对秘钥（小黑的公钥+小黑的私钥），再偷偷把美美电脑中保存的“小白的公钥”替换成“小黑的公钥”，并冒充小白的身份和美美进行通信。美美并不知道自己电脑中保存的公钥已经被人掉包了，所以一如既往地通过该公钥和“小白”通着信。——问题所在：用户的身份难以保证。

　　　　2.4 解决办法：引入“CA认证”，对小白的身份进行确认，详情见“场景4”。

　　4. 场景4： 小白和美美依旧是在 http 协议下进行通信，小白的那对秘钥，私钥依旧由自己保管，把公钥交给美美。除此之外，小白还把自己的公钥和一些必要信息打包后交由CA进行管理，CA会将小白提交的信息通过“CA的私钥”加密后形成数字证书。（CA有它自己的一对秘钥，且“CA的私钥”由CA自己管理，"CA的公钥"则发放给用户。）

　　　　4.1 什么是CA认证：CA认证，即电子认证服务，是指为电子签名相关各方提供真实性、可靠性验证的活动。证书颁发机构（CA, Certificate Authority）即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。

　　　　4.2 数字证书

　　　　（1）what：CA的私钥对客户端的公钥和信息进行加密后得到的文件；

　　　　（2）作用：① 证明用户身份；② 拿到用户的公钥；

　　　　4.3  能否解决“用户身份认证”问题：能。小白用“小白的私钥”对信息进行加密后发给美美，美美先通过CA获得“小白的公钥”，并用“小白的公钥”对小白发来的密文进行解密。因为CA是受信任的第三方，所以通过CA获得的“小白的公钥”也是可以信任的。既然能够通过从CA获得的“小白的公钥”来对小白发来的密文进行解密，那么自然小白的身份也得以确认了。

　　　　4.4 还可能出现其他问题：美美可以通过CA拿到小白的数字证书，小黑也可以通过CA获取到小白的数字证书（这里要引出“非对称加密的概念”），这样一来小白发出的信息依旧是不安全的。—— 问题所在：采用非对称加密时，只要持有公钥就能对 同一对秘钥中的私钥加密的信息 进行解密。

　　　　4.5 非对称加密：小白持有私钥，美美和小黑都持有公钥， 持有公钥的一方用公钥进行加密，那么这个内容就只有持有私钥的那一方可以看见。但是如果是用私钥进行加密，那么持有公钥的每一方都可以看见。

　　　　4.6 解决办法：采用“对称加密”的方式来保证信息的安全，详情见“场景5”。

　　5. 场景5： 小白和美美依旧是在 http 协议下进行通信，小白只生成一个对称加密的私钥（单钥），并将这个“小白的私钥”复制了一份给美美，小白和美美都用这把“小白的私钥”对信件进行加密和解密。

　　　　5.1 对称加密：通信双方都持有同一把私钥， 双方都是用私钥进行加密和解密。也就是说在网络间传输的都是密文，然后拿到密文后用私钥进行解密就能得到明文。

　　　　5.2 能否解决“采用非对称加密时，加密信息多人可见”问题：能。只要小白和美美手中持有的“小白的私钥”不外泄，那么他们之间的通信就能保证只有他们可见。

　　　　5.3 还可能出现其他问题：小白如何把“小白的私钥”给美美？如果通过网络发给美美，就有可能被小黑截获（“私钥的保存、传输”就基本决定了这个保密的安全性）。

　　　　5.4 解决办法：①当面交换； ②通过“非对称加密”的方式，详情见“场景6”。

　　6. 场景6：小白和美美在 https 协议下进行通信。

　　　　6.1 https

　　　　（1）what：用的是“对称加密”和“非对称加密”这两种方法混合，目的在于建立一条加密的、安全的通信通道。

　　　　（2）https协议有关“通过 非对称加密 实现对 对称加密的秘钥 的安全传输”的实现步骤：

　　　　　　①服务端有一对秘钥（私钥+公钥），私钥由服务端自行持有，公钥则发给各个客户端；

　　　　　　②客户端只生成一只对称加密的私钥（单钥）；

　　　　　　③客户端用“服务端的公钥”对“客户端的私钥”进行加密，然后发送给服务端；

　　　　　　④服务端收到客服端发来的信息，用“服务端的私钥”对信息进行解密，得到“客户端的私钥”；

　　　　　　⑤服务端和客服端往后的通信过程中，信息都可以用“客户端的私钥”对来加、解密，只要这把“客户端的私钥”不泄露出去，别人即使截获了某一方发出的密文也无法进行解密。

　　　　（3）图解 https ：

　　　　　　

　　　　（4）https 的作用：①内容加密；②身份认证；③信息完整性。

　　　　（5）效率：“对称加密”比“非对称加密”快1000倍。

　　至此，小白和美美的通信安全问题得以解决，可以安心谈他们的恋爱了，撒花~