簡(jiǎn)介

在早期，互聯(lián)網(wǎng)通信是直接以明文進(jìn)行傳輸臣缀，幾乎沒(méi)任何安全性可言，在你發(fā)送數(shù)據(jù)到接收者手上泻帮，經(jīng)過(guò)n個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備精置，在傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)可能被某些不懷好意的人截取锣杂，造成數(shù)據(jù)泄密甚至被修改脂倦。

美國(guó)NIST針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全番宁，提出了幾個(gè)要求：
1. 數(shù)據(jù)保密性：數(shù)據(jù)保密性和隱私性；確保信息不被別人獲取赖阻，個(gè)人存儲(chǔ)的信息不能被別人收集到蝶押；
2. 數(shù)據(jù)完整性：數(shù)據(jù)完整性確保數(shù)據(jù)和程序只能以特定權(quán)限的進(jìn)行授權(quán)和改變，只能授權(quán)之后才能改變或者被改變火欧；確保系統(tǒng)以一種正常的方式執(zhí)行預(yù)定的功能棋电，不會(huì)因別人的介入改變方向；
3. 可用性：工作迅速苇侵，可正常使用的情況并獲取到信息赶盔；

針對(duì)以上幾個(gè)安全要求，對(duì)應(yīng)的解決方案出現(xiàn)衅檀，解決方案提出使用技術(shù)和服務(wù)解決數(shù)據(jù)安全問(wèn)題招刨。
技術(shù)（加密和解密）
服務(wù)（用于抵御攻擊的服務(wù)，也即是為了上述安全目標(biāo)而特地設(shè)計(jì)的安全服務(wù)）

基本概念

加密：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不能直接讀取的形式（即密文）的過(guò)程叫加密哀军。數(shù)據(jù)加密的基本過(guò)程就是對(duì)原來(lái)為明文的文件或數(shù)據(jù)按某種加密算法配合密鑰進(jìn)行處理沉眶，使其成為不可讀的一段代碼，通常稱為"密文"杉适，使其只能在輸入相應(yīng)的密鑰之后才能顯示出本來(lái)內(nèi)容谎倔，通過(guò)這樣的途徑來(lái)達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法人竊取、閱讀的目的猿推。
解密：加密的逆過(guò)程片习，使用密鑰配合加密算法，轉(zhuǎn)換成明文內(nèi)容蹬叭。

大多數(shù)加密都分為：對(duì)稱式加密藕咏、非對(duì)稱式加密和單向加密：

對(duì)稱式加密：
加密和解密采用同一密鑰的加密方式。加密時(shí)秽五，使用密鑰配合算法加密孽查。解密時(shí)，使用對(duì)應(yīng)的密鑰配合算法坦喘，得出解密后的數(shù)據(jù)盲再。常見(jiàn)的對(duì)稱加密有：DES、3DES瓣铣、AES答朋、DH。舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：通信雙方約定密鑰為“123”棠笑，加密算法采用AES梦碗，接受者收到加密后的密文后，使用AES算法+密鑰“123”即可完成解密。使用對(duì)稱式加密和解密速度很快叉弦。適合用于加密數(shù)據(jù)丐一。對(duì)稱式加密由于加密解密使用同一密鑰，所以如何安全的在互聯(lián)網(wǎng)傳輸密鑰淹冰，是對(duì)稱式加密所面臨的問(wèn)題库车。

非對(duì)稱式加密
也稱為公鑰或私鑰加密，非對(duì)稱加密的密鑰是成對(duì)出現(xiàn)的樱拴，分為私鑰和公鑰柠衍。公鑰從私鑰提取出，正如其名晶乔，私鑰只能保存起來(lái)自己用珍坊，不能隨意泄密，公鑰是公開(kāi)的正罢，任何人都能得到阵漏。公鑰和私鑰都可以用于加密，但是翻具，如果你用公鑰加密履怯，只能使用私鑰解密；同樣裆泳，如果用私鑰解密叹洲，只能使用公鑰解密。非對(duì)稱加密對(duì)資源消耗大工禾，所以一般不用于加密數(shù)據(jù)运提。但使用非對(duì)稱式加密可以很到的解決對(duì)稱式加密的短板，傳輸密鑰闻葵。而且非對(duì)稱式加密可以解決身份證明問(wèn)題民泵。

單向加密
這種加密嚴(yán)格意思上算不上加密，也常被稱為散列運(yùn)算槽畔，用于對(duì)數(shù)據(jù)生成獨(dú)一無(wú)二的校驗(yàn)碼洪灯，對(duì)于校驗(yàn)碼叫法很多（如特征碼冠句，指紋信息）這類加密有個(gè)特點(diǎn)入热，就是具有雪崩效應(yīng)郊愧，對(duì)任何數(shù)據(jù)，就算你改動(dòng)一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)坏快，改動(dòng)前和改動(dòng)后使用算法計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是翻天覆地的變化。但只要數(shù)據(jù)沒(méi)發(fā)生改動(dòng)憎夷，使用單向加密算法計(jì)算出來(lái)的值是不會(huì)發(fā)生改變的莽鸿，所以使用單向加密能很好的解決數(shù)據(jù)完整性的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)加密分析：
以上三種算法各有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在如今復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中單憑通過(guò)一個(gè)加密方式來(lái)確保數(shù)據(jù)安全是不科學(xué)的
如祥得，通信雙方使用對(duì)稱式加密來(lái)完成數(shù)據(jù)加密兔沃。但通信雙方如何確保用來(lái)加密和解密的密鑰在網(wǎng)絡(luò)中傳輸不被竊取呢？如果單單使用公鑰私鑰來(lái)加密數(shù)據(jù)级及，因?yàn)楣€加解密所消耗的資源實(shí)在太大乒疏，而且不能抵御中間人攻擊∫梗基于以上各種問(wèn)題怕吴，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程，通常使用各算法的優(yōu)勢(shì)县踢，配合各種服務(wù)組合來(lái)完成數(shù)據(jù)的加密傳輸转绷。

方案1：
考慮到對(duì)稱加密速度快，又考慮到公鑰加密能驗(yàn)證身份的優(yōu)點(diǎn)硼啤，我們先對(duì)這2個(gè)算法配合使用分析一下：
首先A和B兩個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信议经，A要發(fā)送數(shù)據(jù)給B，可以首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)稱加密谴返，進(jìn)一步考慮煞肾，對(duì)稱式加密的密鑰怎么安全的傳送呢？可以使用公鑰加密來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題亏镰，我們使用對(duì)方的公鑰來(lái)加密這段對(duì)稱式加密的密鑰扯旷，這樣只有對(duì)方的私鑰能解鎖這段數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的收取者解密時(shí)索抓，將使用自己的私鑰解密第一層钧忽，得到對(duì)稱密鑰后加密的數(shù)據(jù)，再使用對(duì)稱密鑰解密逼肯，這樣就能獲得最終數(shù)據(jù)

方案2：
方案1的加密方法只保證了數(shù)據(jù)的安全性耸黑，但是數(shù)據(jù)的完整性、一致性和來(lái)源可靠并未解決篮幢。對(duì)于數(shù)據(jù)的完整性和一致性大刊，我們可以通過(guò)單向加密來(lái)解決，前面說(shuō)了三椿，只要數(shù)據(jù)沒(méi)發(fā)生改變缺菌，那么使用相同算法算出來(lái)的值，肯定是一樣的搜锰，那么我們可以在數(shù)據(jù)傳送前伴郁，先使用單向加密方法，算出獨(dú)一無(wú)二的校驗(yàn)碼,這個(gè)校驗(yàn)碼稱為：信息摘要（Message Digest)附加在數(shù)據(jù)后面蛋叼，然后使用自己的私鑰來(lái)加密這個(gè)信息摘要焊傅，這種使用私鑰加密信息摘要產(chǎn)生的加密后的信息摘要剂陡，我們稱為數(shù)字簽名（Signature)由此來(lái)看數(shù)字簽名能保證數(shù)據(jù)來(lái)源可靠性（因?yàn)槭褂盟借€加密，只要對(duì)應(yīng)的公鑰能解密）數(shù)據(jù)的完整性和一致性（私鑰加密的是信息摘要狐胎，解密后得出的信息摘要我們只要使用同樣的單向加密算出數(shù)據(jù)部分的信息摘要鸭栖，經(jīng)過(guò)對(duì)比，如果相同則證明數(shù)據(jù)是完整握巢，未被修改的）用戶獲得數(shù)字簽名后的數(shù)據(jù)晕鹊，首先使用數(shù)據(jù)來(lái)源方的公鑰解密，這樣獲得了數(shù)據(jù)和信息摘要部分镜粤，并確認(rèn)了數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性捏题。由于這時(shí)候數(shù)據(jù)部分是沒(méi)有被加密的，所以用戶也可以使用同種單向加密算法計(jì)算出摘要信息肉渴，然后對(duì)比來(lái)源方的摘要信息和自己計(jì)算出的摘要信息公荧，如果相等則證明數(shù)據(jù)完全未被修改過(guò)，是完整一致的同规。

方案3：
方案2中并未對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行加密循狰，所以方案3綜合方案1和方案2的優(yōu)點(diǎn)，
加密步驟如下：
1.先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單向加密券勺，得出信息摘要绪钥，可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性
2.使用私鑰加密信息摘要，得出數(shù)字簽名关炼，附加在數(shù)據(jù)后面程腹，可以驗(yàn)證來(lái)源合法
3.使用方案1的對(duì)稱式加密，對(duì)數(shù)據(jù)和數(shù)字前面加密儒拂，得出對(duì)稱密鑰
4.使用對(duì)方的公鑰加密這個(gè)對(duì)稱密鑰寸潦，傳送給對(duì)方，只有對(duì)方的私鑰能解密
解密步驟如下
1.先使用自己的私鑰解開(kāi)對(duì)稱加密的密鑰
2.使用該密鑰社痛，解密對(duì)稱加密见转，得出數(shù)字簽名和數(shù)據(jù)
3.使用對(duì)方的公鑰解密數(shù)字簽名，得到信息摘要蒜哀，并且能解開(kāi)斩箫，證明身份得到驗(yàn)證。
4.對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行單向加密撵儿，得出信息摘要乘客，然后和解密后的信息摘要作對(duì)比，如果一致淀歇，那么數(shù)據(jù)完整性得到驗(yàn)證寨典。

中間人攻擊
前面介紹了加密傳輸?shù)母鞣N方案，方案3比較理想房匆，基本上都驗(yàn)證了。但安全并不是絕對(duì)的，方案3也有缺陷浴鸿，沒(méi)辦法驗(yàn)證對(duì)方的公鑰是否可靠井氢。
如果公鑰不可靠帶來(lái)什么后果？
假設(shè)出現(xiàn)這樣的情景：
Alice要和Bob通信岳链，Alice最后把數(shù)據(jù)用Bod的公鑰加密后花竞，發(fā)送給Bod，Bob收到后按照方案3那樣解密掸哑，這樣看起來(lái)好像沒(méi)問(wèn)題约急，但如果Bob收到的數(shù)據(jù)其實(shí)不是Alice發(fā)送過(guò)來(lái)的呢？Alice發(fā)送的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中苗分，如果被一個(gè)中間人厌蔽，如eve，eve截取了Alice的數(shù)據(jù)之后摔癣，雖然不能輕易破解奴饮，但是eve對(duì)自己的一個(gè)惡意程序按照Alice那樣對(duì)數(shù)據(jù)加密后用Bob的公鑰加密對(duì)稱密鑰后發(fā)給Bob并聲稱自己就是Alice，同樣對(duì)Alice聲稱自己是Bob择浊，這樣Alice和Bob的通信其實(shí)是跟eve在進(jìn)行戴卜，但是Alice和Bob都不知道。這就是中間人攻擊琢岩。
那么投剥，如何解決這個(gè)漏洞呢，其實(shí)Bob只要確保公鑰是Alice的就可以了担孔，在解密數(shù)字簽名的時(shí)候江锨，如果使用真正的Alice公鑰，是不可能解密eve發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)字簽名攒磨。那么如何保證公鑰的可靠性呢泳桦？CA就是為了保證公鑰的可靠而生。

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI娩缰、CA
PKI（Public Key Infrastructure）公鑰基礎(chǔ)設(shè)施是提供公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)的系統(tǒng)或平臺(tái)灸撰，目的是為了管理密鑰和證書(shū)。
PKI 主要包括四個(gè)部分：
簽證機(jī)構(gòu)：CA
注冊(cè)機(jī)構(gòu)：RA
證書(shū)吊銷列表：CRL
證書(shū)存取庫(kù)：

CA(Certificate Authority）數(shù)字證書(shū)認(rèn)證中心拼坎，常稱為證書(shū)頒發(fā)機(jī)構(gòu)浮毯，申請(qǐng)者把自己的公鑰和一些個(gè)人信息（如國(guó)家、姓名泰鸡、單位等等）給CA债蓝，CA負(fù)責(zé)審核信息，通過(guò)后盛龄，CA會(huì)對(duì)這些信息生成一個(gè)摘要信息饰迹，然后用自己的私鑰加密整個(gè)摘要信息芳誓，這樣申請(qǐng)者的數(shù)字簽名就出來(lái)了，然后CA會(huì)在數(shù)字簽名上再加上一些自己的信息啊鸭。(如CA的機(jī)構(gòu)名稱锹淌，CA層次路徑等)以及該證書(shū)的信息(如證書(shū)有效期限)，就得到了所謂的數(shù)字證書(shū)赠制。

其實(shí)簡(jiǎn)單來(lái)理解赂摆，CA作用就是保證公鑰是可靠的，把自己的公鑰給CA钟些，CA幫你生成一張數(shù)字證書(shū)烟号，該證書(shū)不但有你的公鑰信息，而且有其他的一些信息

用戶信任CA,會(huì)獲取該CA的公鑰政恍，由CA頒發(fā)的數(shù)字證書(shū)都就被CA加密汪拥，要有CA的公鑰能解密。
證書(shū)信任鏈：
實(shí)際上抚垃，CA被分成根CA和子CA喷楣，根CA的證書(shū)是自簽的，系統(tǒng)安裝時(shí)候就應(yīng)該提供鹤树，子CA的證書(shū)是上一級(jí)CA簽署的铣焊。
根CA是通過(guò)自簽署數(shù)字證書(shū)的方式標(biāo)榜自己的可信性和合法性，第一級(jí)子CA由根CA頒發(fā)合法數(shù)字證書(shū)罕伯，第二級(jí)直至所有的子CA都由上一級(jí)子CA頒發(fā)數(shù)字證書(shū)曲伊。對(duì)于多級(jí)子CA只需要信任根CA即可，因?yàn)楂@取了根CA的公鑰追他，可以解密第一級(jí)子CA的證書(shū)并獲取驗(yàn)證第一級(jí)子CA的公鑰坟募，層層遞進(jìn)，最終獲取到為申請(qǐng)者頒發(fā)數(shù)字證書(shū)的機(jī)構(gòu)并獲取它的公鑰邑狸。
正是這些根CA和子CA組成了PKI懈糯。 信任CA后，每次接收到需要解密的數(shù)字證書(shū)時(shí)单雾，還要去該頒發(fā)機(jī)構(gòu)指定網(wǎng)站的證書(shū)吊銷列表（CRL）中查詢?cè)撟C書(shū)是否被吊銷赚哗，對(duì)于吊銷后的證書(shū)應(yīng)該不予以信任，這是信任CA的第二個(gè)作用硅堆。導(dǎo)致證書(shū)被吊銷的可能性不少屿储，例如申請(qǐng)者的私鑰被黑客獲取，申請(qǐng)者申請(qǐng)吊銷等渐逃。

數(shù)字證書(shū)
TLS和SSL使用的證書(shū)格式都是x509够掠，pgp使用的數(shù)字證書(shū)不是X509
數(shù)字證書(shū)中包含的信息有：申請(qǐng)者的公鑰，證書(shū)有效期茄菊，證書(shū)合法擁有人疯潭，證書(shū)如何被使用赊堪，CA的信息，CA對(duì)申請(qǐng)者信息的數(shù)字簽名

SSL握手機(jī)制竖哩。

SSL的握手過(guò)程（SSL hardshake)
HTTPS通過(guò)SSL協(xié)議實(shí)現(xiàn)安全加密
SSL單向握手過(guò)程雹食，服務(wù)端不需要客戶端提供數(shù)字證書(shū)。

第一步：Visitor生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)期丰，客戶端支持的加密方法，發(fā)送給服務(wù)端
第二步：Server確認(rèn)雙方使用的加密方法吃挑，以及一個(gè)服務(wù)端生成的隨機(jī)數(shù)（Server random）钝荡、以及把服務(wù)端的數(shù)字證書(shū)發(fā)送個(gè)客戶端
第三步：客戶端驗(yàn)證數(shù)字證書(shū)，用CA公鑰解密證書(shū)舶衬，查看證書(shū)有效期埠通，和是否被吊銷，驗(yàn)證通過(guò)后逛犹，生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)端辱，（稱為預(yù)備主密鑰Pre-master secret），并使用Server的公鑰加密預(yù)備主密鑰發(fā)給Server虽画。公鑰自然在證書(shū)里提取舞蔽。
第四步：Server使用自己的私鑰，解密Visitor發(fā)來(lái)的預(yù)備主密鑰码撰。
第五步：Visitor和Server雙方都具有了(客戶端隨機(jī)數(shù)+服務(wù)端隨機(jī)數(shù)+預(yù)備主密鑰)渗柿，它們兩者都根據(jù)約定的加密方法，使用這三個(gè)隨機(jī)數(shù)生成對(duì)稱密鑰——主密鑰（也稱為對(duì)話密鑰session key）脖岛，用來(lái)加密接下來(lái)的整個(gè)對(duì)話過(guò)程朵栖。
之后所有的數(shù)據(jù)在這次會(huì)話中只需要使用“對(duì)話密鑰”即可，不需要多余的機(jī)制

注意:
1.在SSL握手機(jī)制中柴梆，需要三個(gè)隨機(jī)數(shù)（客戶端隨機(jī)數(shù)+服務(wù)端隨機(jī)數(shù)+預(yù)備主密鑰）陨溅；
2.至始至終客戶端和服務(wù)端只有一次非對(duì)稱加密動(dòng)作——客戶端使用證書(shū)中獲得的服務(wù)端公鑰加密預(yù)備主密鑰。
3.上述SSL握手機(jī)制的前提單向驗(yàn)證绍在，無(wú)需驗(yàn)證客戶端门扇，如果需要驗(yàn)證客戶端則可能需要客戶端的證書(shū)或客戶端提供簽名等。
4.如果像網(wǎng)銀那種情況揣苏，銀行需要驗(yàn)證客戶端的數(shù)字證書(shū)悯嗓，通常那種證書(shū)都是銀行為用戶簽署的，一般保存在網(wǎng)銀盾上卸察，通過(guò)網(wǎng)銀盾的密碼來(lái)保護(hù)脯厨，證書(shū)里保存著客戶端的公鑰。