公鑰密碼系統(tǒng)是本文的理解基礎(chǔ)革为。
本文不對(duì)公鑰密碼系統(tǒng)做過多描述。若對(duì)公鑰密碼不熟悉舵鳞，可以參考閱讀維基百科－公開密鑰加密
1.信息安全三要素
信息安全中有三個(gè)需要解決的問題：
- 保密性(Confidentiality)：信息在傳輸時(shí)不被泄露
- 完整性（Integrity）：信息在傳輸時(shí)不被篡改
- 有效性（Availability）：信息的使用者是合法的
這三要素統(tǒng)稱為CIA Triad震檩。
公鑰密碼解決保密性問題
數(shù)字簽名解決完整性問題和有效性問題
2.數(shù)字簽名
現(xiàn)實(shí)生活中，簽名有什么作用蜓堕？在一封信中抛虏，文末的簽名是為了表示這封信是簽名者寫的。計(jì)算機(jī)中套才，數(shù)字簽名也是相同的含義：證明消息是某個(gè)特定的人迂猴，而不是隨隨便便一個(gè)人發(fā)送的（有效性）；除此之外背伴，數(shù)字簽名還能證明消息沒有被篡改（完整性）沸毁。
簡(jiǎn)單來說峰髓，數(shù)字簽名（digital signature）是公鑰密碼的逆應(yīng)用：用私鑰加密消息，用公鑰解密消息息尺。
用私鑰加密的消息稱為簽名携兵，只有擁有私鑰的用戶可以生成簽名。
用公鑰解密簽名這一步稱為驗(yàn)證簽名搂誉，所有用戶都可以驗(yàn)證簽名(因?yàn)楣€是公開的)
一旦簽名驗(yàn)證成功徐紧，根據(jù)公私鑰數(shù)學(xué)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以知道該消息是唯一擁有私鑰的用戶發(fā)送的炭懊，而不是隨便一個(gè)用戶發(fā)送的并级。
由于私鑰是唯一的，因此數(shù)字簽名可以保證發(fā)送者事后不能抵賴對(duì)報(bào)文的簽名凛虽。由此死遭，消息的接收者可以通過數(shù)字簽名，使第三方確信簽名人的身份及發(fā)出消息的事實(shí)凯旋。當(dāng)雙方就消息發(fā)出與否及其內(nèi)容出現(xiàn)爭(zhēng)論時(shí)呀潭，數(shù)字簽名就可成為一個(gè)有力的證據(jù)。
生成簽名
一般來說至非，不直接對(duì)消息進(jìn)行簽名钠署，而是對(duì)消息的哈希值進(jìn)行簽名，步驟如下荒椭。
- 對(duì)消息進(jìn)行哈希計(jì)算谐鼎，得到哈希值
- 利用私鑰對(duì)哈希值進(jìn)行加密，生成簽名
- 將簽名附加在消息后面趣惠，一起發(fā)送過去
驗(yàn)證簽名
- 收到消息后狸棍，提取消息中的簽名
- 用公鑰對(duì)簽名進(jìn)行解密，得到哈希值1味悄。
- 對(duì)消息中的正文進(jìn)行哈希計(jì)算草戈，得到哈希值2。
- 比較哈希值1和哈希值2侍瑟，如果相同唐片，則驗(yàn)證成功。
3.證書
證書實(shí)際上就是對(duì)公鑰進(jìn)行數(shù)字簽名涨颜，它是對(duì)公鑰合法性提供證明的技術(shù)费韭。
考慮這樣一種場(chǎng)景：我們對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，需要用到公鑰庭瑰。如果公鑰也是偽造的星持，那怎么辦？如果公鑰是假的弹灭，驗(yàn)證數(shù)字簽名那就無從談起钉汗，根本不可能從數(shù)字簽名確定對(duì)方的合法性羹令。
這時(shí)候證書就派上用場(chǎng)了。
證書一般包含：公鑰（記住證書中是帶有公鑰的）损痰，公鑰的數(shù)字簽名福侈，公鑰擁有者的信息
若證書驗(yàn)證成功，這表示該公鑰是合法卢未，可信的肪凛。
接下來又有問題了：驗(yàn)證證書中的數(shù)字簽名需要另一個(gè)公鑰，那么這個(gè)公鑰的合法性又該如何保證辽社？該問題可以無限循環(huán)下去伟墙，豈不是到不了頭了？這已經(jīng)是個(gè)社會(huì)學(xué)問題了滴铅。我們?yōu)槭裁窗彦X存進(jìn)銀行戳葵？因?yàn)槲覀兿嘈陪y行，它是一個(gè)可信的機(jī)構(gòu)（雖然也有破產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)）汉匙。跟銀行一樣拱烁，我們需要一個(gè)可信的機(jī)構(gòu)來頒發(fā)證書和提供公鑰，只要是它提供的公鑰噩翠，我們就相信是合法的戏自。
這種機(jī)構(gòu)稱為認(rèn)證機(jī)構(gòu)(Certification Authority， CA)伤锚。CA就是能夠認(rèn)定”公鑰確實(shí)屬于此人”擅笔，并能生成公鑰的數(shù)字簽名的組織或機(jī)構(gòu)。CA有國(guó)際性組織和政府設(shè)立的組織屯援，也有通過提供認(rèn)證服務(wù)來盈利的組織猛们。
如何生成證書？
- 服務(wù)器將公鑰A給CA（公鑰是服務(wù)器的）
- CA用自己的私鑰B給公鑰A加密狞洋，生成數(shù)字簽名A
- CA把公鑰A弯淘，數(shù)字簽名A，附加一些服務(wù)器信息整合在一起徘铝，生成證書耳胎，發(fā)回給服務(wù)器惯吕。
注：私鑰B是用于加密公鑰A的惕它，私鑰B和公鑰A并不是配對(duì)的。
如何驗(yàn)證證書废登？
- 客戶端得到證書
- 客戶端得到證書的公鑰B（通過CA或其它途徑）
- 客戶端用公鑰B對(duì)證書中的數(shù)字簽名解密淹魄，得到哈希值
- 客戶端對(duì)公鑰進(jìn)行哈希值計(jì)算
- 兩個(gè)哈希值對(duì)比，如果相同堡距，則證書合法甲锡。
注：公鑰B和上述的私鑰B是配對(duì)的兆蕉，分別用于對(duì)證書的驗(yàn)證（解密）和生成（加密）。
證書作廢
當(dāng)用戶私鑰丟失缤沦、被盜時(shí)虎韵，認(rèn)證機(jī)構(gòu)需要對(duì)證書進(jìn)行作廢(revoke)。要作廢證書缸废，認(rèn)證機(jī)構(gòu)需要制作一張證書作廢清單(Certificate Revocation List)包蓝，簡(jiǎn)稱CRL
假設(shè)我們有Bob的證書，該證書有合法的認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽名企量，而且在有效期內(nèi)测萎，但僅憑這些還不能說明該證書一定有效，還需要查詢認(rèn)證機(jī)構(gòu)最新的CRL届巩，并確認(rèn)該證書是否有效硅瞧。
使用場(chǎng)景
下面用兩個(gè)使用場(chǎng)景來幫助大家理解證書的作用。
客戶端在發(fā)送或接收消息之前恕汇，要驗(yàn)證服務(wù)器的合法性(這個(gè)服務(wù)器是真實(shí)的服務(wù)器腕唧，還是偽造者，我們不知道)
場(chǎng)景1
- 服務(wù)器生成公鑰和私鑰密碼對(duì)
- 服務(wù)器把公鑰給CA拇勃。CA生成證書四苇，發(fā)送給客戶端
- 客戶端驗(yàn)證證書，取得公鑰：此刻證明公鑰是合法的
- 客戶端用公鑰加密消息方咆，發(fā)送給服務(wù)器
- 服務(wù)器用私鑰解密消息（消息加密發(fā)送月腋，具有保密性）
場(chǎng)景2
- 服務(wù)器生成公鑰和私鑰密碼對(duì)
- 服務(wù)器生成消息，用私鑰對(duì)消息進(jìn)行數(shù)字簽名
- 服務(wù)器把公鑰給CA瓣赂。CA生成證書
- 服務(wù)器將消息榆骚，數(shù)字簽名，證書一起發(fā)送給客戶端
- 客戶端驗(yàn)證證書煌集，取得公鑰：此刻證明公鑰是合法的
- 客戶端用公鑰驗(yàn)證數(shù)字簽名妓肢，檢查消息的完整性和服務(wù)器的合法性
