公钥体系（PKI）等密码学技术基础

公钥体系（Public Key Infrastructure, PKI）的一些概念

对称密码算法， 典型算法：DES, AES

1. 加解密方共用一个密钥
2. 加/解密速度快，但密钥在网络上分发比较困难，因为密钥在分发过程中可能被别人获取

哈希或散列函数（Hash）, 典型算法 SHA, MD5

1. 如果两个散列值是不相同的，那么这两个散列值的原始输入
   也是不相同的
2. 用于信息压缩，并发现信息是否发生变化
3. 计算速度快，特定算法其结果长度统一
4. 目前至少使用SHA256

非对称密码算法（公钥体系），典型算法：RSA, ECC

1. 加解密时，通讯一方有一对密钥（公钥和私钥）
2. 公钥可以公开，分发给任何人
3. 私钥不可以公开，严格持有
4. 公钥加密，只能用私钥解密，私钥加密， 只能用公钥解密
5. 加/解密速度较慢，但无密钥分发问题

公钥体系与对称密钥相结合的加密方式

1. 公钥体系通常运算性能低，做大量数据加解密力不从心
2. 通常利用公钥体系实现对称密钥的安全交换

下面看一下利用公钥体系实现对称密钥的安全交换，如下图：

A 要把原文传给 B

1. A 把原文用密钥加密（对称加密）
2. A 用 B 的公钥把密钥加密。最后得到了密文（加密后的原文， 加密后的密钥）
3. 密文传到 B, B 用 B 的私钥解密传过来的加密密钥，得到密钥
4. B 用密钥解密加密的原文，得到原文

通过利用公钥体系实现对称密钥的安全交换，既避免了用非对称加密原文的性能低下缺点，又避免了对称加密不能在网络上安全分发的缺点，简而言之，充分利用了对称加密和非对称加密的优点，避免了它们的缺点。

基于公钥体系的签名和验签机制

数字签名的目的：检测数据未经授权的修改，签名者的身份识别和抗抵赖。

我们通过下图解释这个过程：

1. A 把原文用散列算法进行 Hash 运算，得到的结果称为摘要
2. A 用 A 的私钥加密摘要信息，得到的结果称为数字签名
3. A 把原文并附带 A 的数字签名一起发送给 B
4. B 用 A 的公钥对发送过来的数字签名解密得到原文摘要
5. B 对发送过来的原文用同样的散列算法进行 Hash 运算，得到新摘要
6. B 比对原文摘要与这个新摘要
7. 如果相同则证明（1）原文没有被篡改; （2）信息是 A 发送的

通过以上的步骤就完成了签名与验签的过程。后面的数字证书体系也是以此为核心。

一些问题

1. 为什么要用 Hash 对原文进行运算生成摘要呢？

      1. 缩小存储或传输的数据量
      2. 减轻公钥体系加解密性能低下的问题

2. 第 7 步的解释

      1. 如果发送的信息没有篡改，那么 也只有使用A的公钥才可以通过 相应的验签
      2. 此验签过程，若通过，则表示信息一定是“公钥 A”的持有者制作

数字证书(Certificate) 和 CA（认证中心，数字证书发证系统）

前面我们了解了基于公钥体系的签名和验签机制，但还有一个问题，A 与 B 发送信息前是要把 A 的公钥发送给 B 的，想像一下，如果 A 与 B 的通信过程中被攻击者 C 截取了，然后 C 用自己的公钥冒充 A 的公钥发送给 B。并且在后续通信中 C 修改了原文，然后用自己的私钥生成自己的签名，冒充 A 的身份给 B 发送信息，而 A, B 对此全然不知，这是非常危险的。那么如何解决这个问题呢？这就用到数字证书和 CA。什么是数字证书与 CA ？想想现实世界中我们向别人证明自己的身份是用身份证，而这个身份证是政府机关颁发的，网络世界也类似，数字证书就相当于身份证，CA 相当于权威的政府机关。

数字证书（Digital Certificate），又叫“数字身份证”、“网络身份证”，是由认证中心发放并经认证中心数字签名的，包含公开密钥拥有者以及公开密钥相关信息的一种电子文件，可以用来证明数字证书持有者的真实身份。

数字证书采用公钥体制:

• 数字证书是”公钥+证书名称信息+签发机构对证书的数字签名”、匹配的私钥
• 数字证书遵从X.509国际标准

如果“ A 有数字身份”，则：
A 有自己的一对公钥和私钥;
数字身份的发证机关(CA)，证明了这个公钥对应的持有人是 A。

我们来看个例子：
假设服务器 https://example.com 需要数字证书

1. 服务器 example.com 将从 CA(例如 Digicert) 请求证书；
2. Digicert 将为 example.com 创建数字证书，数字证书将包含必要的数据，例如服务器名称，服务器的公钥等；
3. Digicert 将创建数据（数字证书）的哈希值，并使用自己的私钥对其进行加密（即生成了 Digicert(CA) 的数字签名）；
4. 浏览器和操作系统自带 Digicert 等权威机构的公钥；
5. 当浏览器收到数字签名和数字证书时，它将使用公钥从数字签名解密生成哈希值，它还将使用数字证书中指定的散列算法生成数据（数字证书）的哈希值，如果两个哈希值匹配，则签名验证成功并且证书是可信的。

参考链接：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
https://xz.aliyun.com/t/2530