是时候认认真真搞明白网络中用到的密码学的一些东西了。
基础
单钥密码体制/对称密码体制
指加密密钥和解密密钥为同一密钥的密码体制，只有一个密钥，信息由该密钥加密后，只能由该密钥解密，因此通信双方必须共同持有该密钥。
常用的有DES、AES加密。
双钥密码体制/非对称密码体制/公开密钥密码体制
分为公钥和密钥，如果信息由公钥加密了，就只能由密钥解开，反过来，如果信息由密钥加密了，也只能由公钥解开。
公钥是公开的，谁都可以持有，密钥是私有的，自己保管不给别人知道。
知道公钥的人，将信息用公钥加密，发给持有密钥的人，信息只有持有私钥的人能解开，这就实现了信息的加密传输。
持有密钥的人，将信息用密钥加密，公布到网络上，只有对应的公钥能解开，这就保证了该信息一定是持有密钥的人发出来的，这就实现了信息的认证。
常用的有RSA、DSA，其中RSA用的最多。
摘要算法
又叫作Hash算法或散列算法，摘要算法生成信息的摘要，将信息“浓缩”。信息的摘要相当于这个信息的ID，如果信息的内容发生改变，摘要就会变化，所以要确保信息没有被改变，只要看信息的摘要有没有变就可以了。
如一个文件的摘要是85091b7f1334c24a。只要这个文件发生了一点点改变，其摘要就会发生变化。
论坛分享文件时，也经常有人贴出文件的摘要，防止自己分享的文件在下载过程中或者下载完成后被别人修改，网友下载完文件后对文件进行摘要算法计算出摘要，对比一下分享的人贴出的摘要，就可以知道文件是不是被修改过。
常用的有MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256
随着科技的发展，MD5已经一定程度上被破解，也就是可以制造出两个不同的文件，他们MD5值是一样的
SHA-1、SHA-2也被大家认为不那么安全，其中SHA-1也已经被谷歌制破解出了SHA-1的首例碰撞
现在大家认为比较安全的是SHA-256
数字信封和数字签名
数字信封
前面提到用公钥将信息加密，发送给私钥持有人，就实现了信息的加密传输。
双钥密码体制的算法计算量比较大，如果信息的内容很长，比如几个G，那如果还用这种方式来做就会效率很低。
所以结合对称密钥体制，首先生成一个单钥密码体制的密码，然后用这个密码对信息进行加密，然后对这个密码用公钥再加密一次，这个被公钥加密后的对称密钥被称之为数字信封，将加密后的信息与数字信封一起发送给密钥的持有人。
密钥持有人对数字信封用密钥解密，得到一个密码，再用这个密码对加密后的信息解密。
这种传输，很像在现实生活中，我们将信件用信封装起来，发送给接收者，保证信件在传输的过程中不被别人读到。
这样就实现了大数据的加密传输。
数字签名
前面提到持有密钥的人用密钥加密信息，只有他对应的公钥可以解开，这样就实现了信息的认证，确保了该信息是持有密钥的那个人发出来的。
双钥密码体制的算法计算量比较大，如果信息的内容很长，比如几个G，那如果还用这种方式来做就会效率很低。
所以结合摘要算法，对原始信息的摘要用密匙加密，然后将加密后的摘要与原始信息一起发送给接收方，接收方用公钥将加密后的摘要解密，然后再讲收到的信息进行摘要计算，将解密得到的摘要和自己计算的摘要进行比对，如果相等，就确保了该信息是公钥持有人发出来的，并且没有被修改过。
这种将原信息跟加密后的摘要一起发送给接收方的方式，很像用电脑打印一封信，然后在最后手写签上自己的姓名，让对方确定这封信是由自己发出的。所以这个加密后的摘要就叫做数字签名。
这样就实现了大数据的信息的认证。
应用
假设有A、B两人，他们都有自己的密钥，并持有对方的公钥。这很容易做到。
A的密钥记为PA ，A的密钥记为SA，即Public A、Secret A缩写
B的密钥记为PB，B的密钥记为SB
信息原文记为x
PA加密过的信息记为 PA(x)，其他同理
回顾一下：
- PA(x)只能由SA解密，
- SA(x)只能由PA解密，
- PB(x)只能由SB解密，
- SB(x)只能由PB解密，
- PA、PB谁都可以拿到，
- SA、SB分别在A、B自己手上
简化版
简化版不考虑数字信封和数字签名
发送者A：
- A准备要传送的数字信息x
- A对数字信息x用自己的密钥加密，得到SA加密过的数字信息SA( x )
- A对SA( x )再用B的公钥加密，得到PB( SA( x ) )
- A将PB( SA( x ) )发送给B
接受者B:
- B对PB( SA( x ) )用SB解密，得到SA( x )，由于SB是只有B才有的，这一步除了B谁也做不到，保证了信息的私密性。
- B对SA( x )用PA解密，得到x，这里只要能解密成功，就能确保x是A发过来的
复杂版
我们把数字信封和数字签名加进去
假设随机生成的对称密码为D，用D对x加密记为D(x)
x的摘要记为H(x)
发送者A：
- A准备要传送的数字信息x
- A对x进行摘要计算，得到H( x )
- A用自己的密钥对H( x )加密，得到SA( H( x ) )
- A生成一个对称密码D，并对x + SA( H( x ) )进行加密，得到D( x + SA( H( x ) ) )
- A用PB对D进行加密，得到PB( D )
- A将PB( D )和D( x + SA( H( x ) ) )一起发送给B
接受者B：
- B对PB(D)用自己的密钥解密，得到D，这一步除了B谁也做不到，保证了信息的私密性。
- B对D( x+SA( H(x) ) )用D解密，得到 x + SA( H( x ) )，即分别得到了x和 SA( H( x ) )
- B对SA( H( x ) )用PA解密，得到H( x )，如果能解密，就能确保信息是A发过来的
- B对x再进行一次H计算，与上一步的到的H( x )比对，如果一样，就能确保A发过来的信息没有被修改过
数字证书
复杂的情况来了，这时候出现了一个坏蛋C，他生成了一对密钥，PC、SC，然后把A绑起来，把自己伪造成A，跟B通信。
由于一开始大家交换公钥的时候，无法确定对方的身份，所以C很容易就可以欺骗B了。
为了解决这个问题，证书中心（certificate authority，简称CA）出现了。证书中心也有自己的密钥和公钥，这里记为SCA、PCA
A先在CA注册一下，做公钥认证。CA用自己的密钥对A的公钥和一些相关信息一起加密，生成数字证书（Digital Certificate），我们可以记为SCA( PA )。
接下来A对B发信息的时候，都附上SCA( PA )。
B收到消息后，先用PCA对SCA( PA )解密，得到PA，再进行接下来的操作。
因为CA的公钥是一开始就安装在系统和浏览器里的，C没法替换，C就无法伪装成A了。
证书链
上面的做法，已经解决了安全的问题，但是CA怎么确认呢。
如果全世界只有一个CA，那全世界这么多网站，肯定忙不过来。
如果各个国家、各个省份和公司各自搞各自的CA，操作系统和浏览器不可能把世界上所有的CA公钥都预先存好。
CA分为两种，root CAs和 intermediate CAs，root CAs的数量屈指可数，大家都公认的就那么几家，大家都会把root CAs的公钥预先存好在自己的浏览器和系统里。
一般各个网站得到的证书是由intermediate CAs颁发的。
root CAs和 intermediate CAs我们分别缩写为rCA和iCA，假设有一个网站Z。
接下来我们看一下数据传输流程简化版（忽略发送方将数据用接受对方的公钥加密这一步骤）的流程：
- iCA将Z的公钥用自己的私钥加密，也就是给Z颁发证书。
- Z把网站的数据加密后，附上【iCA给Z颁发的证书】（里面有加密过的自己的公钥），一同发给浏览器。
- 浏览器收到后用【iCA的公钥】解开【iCA给Z颁发的证书】，得到【Z的公钥】，进而解开网站的加密的信息。
上面怎么保证iCA的公钥可信度呢，这就需要rCA给iCA颁发证书，也就是rCA用自己的私钥将iCA的公钥加密。
然后流程里的第二步就变成了：
Z把网站的数据加密后，附上【iCA颁发给Z颁发的证书】（里面有加密过的自己的公钥），还附上【rCA给iCA颁发的证书】，一同发给浏览器。
浏览器的操作就变成：
- 用【rCA的公钥】解开【rCA给iCA颁发的证书】，得到【iCA的公钥】
- 再用【iCA的公钥】解开【iCA颁发给Z颁发的证书】，得到【Z的公钥】
- 用【Z的公钥】解开网站信息
证书链就是上面这样，为了验证Z的公钥，我们找来了iCA颁发证书，又为了雅正iCA的公钥，我们找来了rCA颁发证书。
iCA可能有好几个，一个一个往下信任。
这样，大家电脑里只要存储rCA的公钥，就足够建立一整套信任了。
根证书
根证书，根证书是CA自己给自己颁发的证书，简单来说就是用自己的密匙加密自己的公钥，或者不加密。
root CAs的公钥，都是以根证书的方式，预先存好在浏览器和操作系统中
总结
数字证书、数字签名可以用生活中的例子啊来打比方，方便理解。
比如我需要证明一段数据是我创造的，我对这份数据进行签名，然后数字证书可以证明这个签名是我签的。
就好像现实生活照我要证明一份和同时我签的：
- 我对合同签名，再按下指纹。（数字签名）
- 然后有一个政府机构，可以查得到，这个指纹是我的，这个签名的字迹也是我的。（数字证书）
就可以证明真的是我签下了这份合同。
参考：