数字签名和数字证书

Posted 2020-11-24 zhangxuezhi

 

参考链接：

　　http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

　　https://blog.csdn.net/weixin_37887248/article/details/82805508

 

这里涉及到了非对称加密的原理，一般加密和解密过程使用的是不同的密钥：公钥和私钥

　　对要传输的内容，使用公钥加密的话，只能用私钥解密

　　对要传输的内容，使用私钥加密的话，则只能用公钥解密。

而常说的数字签名，就与以上的第2个步骤有关，当然实际上还有其他步骤

比较典型的有RSA加密，算法安全性依赖于：大素数难以分解。因此其算法复杂度比较大，加解密效率相对来说不高。

 

通过下面的例子来说明数字签名和证书中心的作用

通信双方：A、B；

A的公钥和私钥：PuA、PrA；

B的公钥和私钥：PuB、PrB

 

RSA通信过程，简单使用一次加密和解密，然后问题多多的方式如下

　　1. A准备发送内容，对内容使用公钥PuB进行加密，然后将密文传输给B

　　2. B收到A发送的数据，使用私钥PrB，解密并得到明文；读取之后，B现在要给A回复，因此使用公钥PuA对内容进行加密，将密文传输给A

　　3. A收到B的回复，使用公钥PuB对内容进行解密，得到明文。至此，一次完整的通信过程完成。

　　以上的通信步骤完成了AB双方的通信，并且保证了数据传输的安全性：在网络上传输的是密文，即使被第三方截获，因为其没有私钥（并且这里假设他很难通过公钥推导出私钥），也无法对密文进行解密操作。

　　但是有两个问题：无法确认数据来源是否可靠、无法确认数据是否被篡改过。解决方法：数字签名

 

RSA通信过程优化：加入数字签名

数字签名步骤：对需要发送的内容正文使用hash函数进行摘要，再使用自己的私钥对摘要内容进行加密。

数字签名验证：使用对方的公钥对数字签名数据进行解密，得到明文c（该数据实际上是正文内容的摘要），然后使用hash函数对正文内容进行摘要得到d，如果c和d相等，说明两点：数据内容是正确完整的，没有被篡改；数据是由给出公钥的那一方发出的，因为只有公钥和私钥是对应的才能正常加解密数据。

数字签名作用：摘要保证数据的正确和完整，私钥加密保证数据来源，因此才叫做签名。

　　1. A准备发送内容，对其进行数字签名，在内容里附上该数字签名，然后使用公钥PuB对所有数据（包括内容正文和数字签名）进行加密，将密文传输给B

　　2. B收到A发送的数据，使用私钥PrB，解密并得到明文，对其中的数字签名的数据，使用公钥PuA进行解密操作，得到正文内容的数据摘要，然后使用hash函数对正文内容进行摘要，对比两者，如果相等，说明内容没有被篡改过，而且该内容是由A发出的。读取之后，B现在要给A回复，步骤和1类似，也是要对内容进行数字签名，然后使用公钥PuA对内容进行加密，将密文传输给A

　　3. A收到B的回复，使用公钥PuB对内容进行解密，得到明文，然后验证数字签名以及数据的完整性。至此，一次完整的通信过程完成。

 　　以上的通信过程看似完美，实际上还有个问题：对于A来说，我所持有的公钥PuB，真的是B给我的吗？就算一开始是，但是有可能我的电脑被其他人篡改了数据内容，把PuB偷偷更换成为另外一把钥匙。（这里可以设想，如果PuB被篡改了，那么PrA即自己的私钥也可能被盗窃（或者篡改了，但是篡改的实际收益不如盗窃来的实在）这里就会有两种问题，一个是我无法确定数据来源方是否可靠，另外一个是我的身份信息暴露了，会有被别人冒充的危险，并且其截获了别人发给我的通信数据后，可以通过我的私钥得到明文，数据安全性也丧失了。因此后面要说的证书中心其存在意义是有一个前提的：即我所持有别人的公钥的保密性和我自己的私钥的保密性是不同的，后者保密性好比较安全）

　　为了保证公钥的来源可靠性，证书中心CA，certificate authority 就派上用场了。证书中心

 

RSA通信过程优化：加入数字证书。

　　数字证书：为了验证手上的公钥正确性，需要要求对方去证书中心认证自己的公钥，证书中心会把其公钥，加上一些额外的信息，使用CA的私钥进行加密，生成数字证书

　　数字证书可靠性前提：CA提供的公钥必须正确无法被篡改。而这正是证书中心作用的保证。

　　在A和B通信时，在正文，数字签名后面再附上数字证书，那么对方就可以通过CA的公钥，验证数字证书中记录的对方的公钥与我手上的是否是同一个。