前言
此次不深入源碼、不分析原理、只厘清一些易混淆概念及其關聯(lián)。
本次將從通信演變歷史的角度出發(fā)，一步步闡述概念及其作用。
通過本篇文章，你將了解到：
1、明文通信
2、密文通信
3、對稱加密
4、非對稱加密
5、消息摘要
6、數(shù)字簽名
7、CA與數(shù)字證書
8、總結
1、明文通信
大部分時候，咱們交流都是靠嘴對嘴，信息完全暴露在他人的耳朵里。
拉拉家常無關緊要，但要是涉及重要、私密的信息就不能這樣子了。
此時可能想到，那我們就說悄悄話吧。
2、密文通信
悄悄話只能是倆人近距離才能實現(xiàn)，若是天各一方怎么才能將信息安全送給對方呢？
大家或多或少地看過諜戰(zhàn)片，那會兒臥底如何將信息傳給組織呢？答案是通過密碼本。
雙方約定好用一個密碼本，密碼本其實是個映射關系：
1、發(fā)送方通過密碼本將明文信息轉為不易被理解的信息，稱為密文。
2、接收方接收到密文后，通過密碼本映射關系反推出明文。
此時雙方通信是經過加密的，我們稱為密文通信。第三者想要破解信息，就需要拿到密碼本或是破譯出密碼本映射關系，從而將密文轉為明文。
3、對稱加密
隨著科學技術的發(fā)展，人們的交流由書信逐漸過渡為電子通信。
當我們在鍵盤上敲擊一段文字后，這段信息會通過網絡發(fā)送給對方，怎么保證這段信息不被別人輕易知道呢？
我們想到了加密，雙方在傳輸信息前商量好一個密鑰，發(fā)送方用密鑰將信息進行加密形成密文后再發(fā)送，接收方在收到密文后使用之前協(xié)商的密鑰進行解密。
因為加密明文、解密密文使用同一個密鑰，我們稱此種加密方式為對稱加密方式。
舉個簡單例子：
小明現(xiàn)在將信息進行對稱加密：
1、設定密鑰為：X。
2、設定加密算法為：將每個字符+X。
3、假設采用密鑰 X=1。
那么將明文hello，每個字符+1，得出如下結果：
hello--->ifmmp
小紅拿到密文ifmmp后，她知道密鑰X=1，因此她將密文每個字符-1，得出如下結果：
ifmmp--->hello
至此，小明和小紅成功進行了交流。
此時小剛想知道小明和小紅聊了啥，于是截獲了信息：
但是由于小剛拿到的是密文信息：ifmmp。因為不知道密鑰，因此無法反推出明文：hello。因此小明和小紅的信息交流安全得到了保證。
當然對稱加密算法沒那么簡單，常見的對稱加密算法有如下幾種：
1、DES(Data Encryption Standard) 數(shù)據(jù)加密標準，強度比較低，容易被破解，目前使用比較少。
2、3DES(TDEA，Triple Data Encryption Algorithm) 三重數(shù)據(jù)加密算法，是DES的增強版，對一塊數(shù)據(jù)使用3個不同的密鑰加密。
3、AES(Advanced Encryption Standard) 高級加密標準，當前主流的對稱加密算法。
4、RC4 流加密算法，由Ron Rivest 大神設計的。
5、Blowfish 塊加密算法，由Bruce Schneier 大神設計的。
6、SM4 分組密碼算法，由我國設計并由國家密碼管理局發(fā)布。
似乎使用對稱加密就可以解決咱們通信安全問題，但引入了另一個問題：
4、非對稱加密
是否有種方式可以光明正大地傳遞信息呢？
答案是：非對稱加密。
1、非對稱加密有兩個密鑰，一個是公鑰(public key)，另一個是私鑰(private key)。
2、用公鑰加密后的密文只能由私鑰來解密。
3、用私鑰加密后的密文只能由公鑰來解密。
4、公鑰可以公布出來供其他人使用，而私鑰卻是需要保密，不能被別人獲取。
因加密與解密使用的不是同一個密鑰，故此種公私鑰加密方式稱為：非對稱加密。
接著來看看小明和小紅如何使用非對稱加密來實現(xiàn)安全通信。
小明和小紅分別生成自己的公私鑰：
1、小紅將自己的公鑰告訴小明。
2、小明使用小紅的公鑰加密后發(fā)送給小紅。
3、小紅使用自己的私鑰來解密，得出明文。
由上可知，用小紅的公鑰加密的信息只能由小紅的私鑰解開，只要小紅的私鑰沒有泄漏，那么小明和小紅的通信是安全的。
當然了，真正非對稱加密算法并沒有那么簡單，常見的幾種非對稱加密算法：
1、DSA(Digital Signature Algorithm)是 Schnorr 和 ElGamal 簽名算法的變種。
2、ECC(Elliptic Curves Cryptography)，橢圓曲線密碼編碼學。
3、DH算法，一般用于密鑰交換。
4、RSA(Ron Rives，Adi Shamir，Leonard Adleman）三位大神一起提出的，命名取姓氏開頭字母。RSA 既可以交換密鑰，也可以用作數(shù)字簽名，是流行最廣的非對稱加密算法。
5、消息摘要
小明和小紅的通信真是安全的嗎？
此時小剛又來搞事情了：
1、因為小紅的公鑰是公開的，意味著小剛也能拿到公鑰。
2、小剛截獲了小明發(fā)送給小紅的信息，雖然小剛不能解密，但是他可以偽造信息。
3、小剛將偽造好的信息用小紅的公鑰發(fā)送小紅。
4、此過程中，小明和小紅都不知道小剛的存在，然而小剛背地里暗戳戳地替換了信息。
以上信息表明：
1、即使是密文，信息也容易被偽造。
2、小剛這種行為是中間人攻擊(Man-in-the-MiddleAttack MITM)。
小明和小紅一合計，想出來了一個辦法：
1、小明使用Hash算法將明文進行哈希，生成消息摘要。
2、小明將明文用小紅的公鑰加密并和消息摘要一起發(fā)給小紅。
3、小紅收到信息后先用私鑰解密，解密出來的明文使用Hash算法生成消息摘要，并與小明發(fā)過來的消息摘要對比，若是一致則表明消息沒被更改。
消息摘要(Message Digest)特點：
1、通過消息摘要算法，將一組不定長的源信息生成定長的目標信息。
2、不同的源信息生成的目標信息不一致。
常見的消息摘要算法：MD5、SHA1。
6、數(shù)字簽名
雖然采用了消息摘要，但是小剛依然能夠自己偽造信息，并生成對應的消息摘要，小紅收到后驗證摘要是正確的，便認為是小明發(fā)的，這種做法還是有漏洞。
在前邊用到了小紅的公鑰、私鑰，而沒用到小明的公鑰、私鑰。
在消息摘要的基礎上，想辦法讓小明的公私鑰也參與到通信過程中來：
1、小明將公鑰告訴小紅。
2、小明將消息摘要使用自己的私鑰加密并使用小紅的公鑰加密明文，兩者一并發(fā)給小紅。
3、小紅收到信息后先用自己的私鑰解密出明文，然后將加密過后的消息摘要使用小明的公鑰解密。
4、對比消息摘要是否一致。
與消息摘要過程對比，此時多了一個步驟：
用小明的私鑰加密消息摘要。
用私鑰加密的信息的過程我們稱之為：數(shù)字簽名
數(shù)字簽名具有不可抵賴性的特點。根據(jù)前面的描述，用私鑰加密的信息，只有對應的公鑰才能解開。
因此，若是小紅使用了小明的公鑰解開了密文，那么說明該消息肯定是小明發(fā)過來的。反之，小明使用私鑰加密后發(fā)出去，代表這信息是確認是自己發(fā)的，這就是他的簽名。
常見的數(shù)字簽名算法：RSA、DSA、ECDSA。
老規(guī)矩，用圖來看看小明與小紅如何使用數(shù)字簽名的。
小明發(fā)送信息過程：
小紅處理信息過程：
由上可知：
數(shù)字簽名有兩個作用：
1、證明消息是某個確定的實體發(fā)送的。
2、證明消息是沒有被串改。
整個流程小明的公私鑰、小紅的公私鑰都參與了。
因為小剛沒有小明的私鑰，所以他無法生成小明的數(shù)字簽名，最終無法通過小紅對數(shù)字簽名的驗證。
7、CA與數(shù)字證書
這么看來小剛是無能無能為力了？非也！
回顧一下之前說的對稱加密的痛點：如何傳遞對稱密鑰？
實際上非對稱加密也存在問題：如何傳遞公鑰？
可見，無論是對稱加密還是非對稱加密都需要解決密鑰傳遞問題。
若是小剛偽造了小紅的公鑰，情況如下：
1、小明在獲取小紅公鑰的時候，被小剛替換為自己的公鑰。
2、小明用小剛的公鑰(他以為是小明的)對信息進行加密，并用自己的私鑰對摘要做數(shù)字簽名。
3、小剛收到信息后用自己的私鑰解密。
4、小剛用小明的公鑰加密，并用自己的私鑰對摘要進行數(shù)字簽名。
5、同樣的方式，小剛也欺騙了小紅。
6、最后，小剛愉快地當著中間人...
因為公鑰被偽造了，所以小剛可以為所欲為。
小明如何才能知道自己收到的公鑰是小紅的呢？
這時候就需要引入權威機構：CA(Certificate Authority) 證書授權中心
有了CA，小紅發(fā)布公鑰的流程變了：
1、小紅將自己的公鑰提交給CA。
2、CA 確認小紅的身份信息，比如組織機構、姓名、城市等。
3、將以上信息和小紅的公鑰用CA的私鑰進行簽名生成數(shù)字證書。
4、證書返給小紅。
用圖表示如下：
圖上5個步驟，有些同學對第4步不太理解：
小明驗證小紅的證書，因為證書是CA簽過名的，那么需要CA的公鑰來解密，那么CA 的公鑰又是如何傳給小明的？
似乎又回到了原點：如何安全傳遞公鑰的問題。
其實，信任是有起點的。
CA 不僅為他人生成證書，也生成自己的證書，CA 為自己生成的證書里包含了CA的公鑰。
CA 的證書在電腦、手機等設備出場的時候就會預置在系統(tǒng)里、瀏覽器里。
因此，當小明驗證小紅的證書時，會在系統(tǒng)里尋找能夠解開小紅證書的CA 公鑰，若是找到則說明小明證書的頒發(fā)機構是可信任的，既然信任了該證書，那么從證書里取出的公鑰，小明也認可是小紅的。
至此，小紅的公鑰就安全地傳給了小明，后面就可以愉快地通信了。
系統(tǒng)里找不到對應的證書會有什么影響？大家還記得12306網站剛開始運行的時候，用瀏覽器訪問時瀏覽器會提醒說該網站不受信任，12306提示用戶安裝自己的根證書。
這也從側面說明了，咱們不要輕易更改系統(tǒng)里的證書。
8、總結
對稱加密存在密鑰傳送被泄漏的風險，非對稱加密雖然不需要傳遞私鑰，但是需要傳遞公鑰，也存在被中間人攻擊的風險。
為此，引入了CA 生產證書解決了非對稱加密公鑰傳遞問題。
然后非對稱加密速度慢，適合加密數(shù)據(jù)量少的信息，對稱加密速度快，適合加密數(shù)據(jù)量大的信息。
如何將對稱加密與非對稱加密結合起來打造一個安全的通信鏈路，下篇我們將重點分析其中的典型：SSL/TLS 的原理與應用。
