web安全 (1)-密钥、随机数、散列值、数字签名、证书、https

本篇对web安全中一些常见概念做个基本介绍，并最终整合为https的整个流程。本文介绍的加密方法纯属个人虚构，与现实无关。因为现实中的加密算法太过复杂，暂不讨论。这里只用最简单的方法举例，只把概念讲清楚，也不考虑破解的可能性。

凯撒密码

这是凯撒当年的军用密码，是最古老，也是最简单的一种密码。举个例子：

明文：ok

密文：rn

加密方式很简单，将明文字母向右偏移三位，o就是r，k就是n。解密就是反方向偏移三位。

密钥 

上面凯撒密码的密钥就是3。发消息时使用密文传输，即使被黑客拦截，他无法理解rn是什么意思，只有拥有密钥的人才能解密真正的消息明文，而密钥只有发消息和收消息的人才知道。

随机数（加盐）

假如收信人每次收到rn都会去做同样的事情，那么黑客再拦截到rn密文时，他不用破解就可以预测到收信的人行为了，他甚至可以主动给收信人发rn，从而在需要时控制收信人。

随机数的作用就是使密文变的不可预测，假如随机数是5，5*1=5，密文将偏移5位，同时将随机数5也发给收信人。接收人也用相同的算法5*1=5，从而得知这一次的解密密钥是5，要反向偏移5位而不是固定的3位。并且随机数是不可重复的，这样每次的密文都会完成不同，无法预测。

散列值（消息摘要）

有时候我们下载一些文件，对方可能还会提供散列值，比如md5、sha大家应该不会陌生吧，它们都是生成散列值的不同算法。厂商将原始文件通过一定算法生成散列值（一串字符串），公布出来。用户下载后，自己再用工具算一遍，得出的散列值相同，说明文件没有被擅改过。如果不相同，你下载的文件有可能已经被黑客植入恶意脚本。

生成散列值的过程是不可逆的，比如20（原文）除以8（散列算法）等于2（散列值），余数4被丢弃了，所以2和8是不可能倒推出20的。而我们拿到20再算一遍，必然得出结果2，和厂商比对一样，说明20就是原文件，没有被擅改过。

不论原始文件或消息有多么大，最终生成的散列值都可以是非常简短的，可以反复做除法，一直除到想要的长度，这样便于传输携带。

非对称加密

在互联网上，我们通常不会只和一个用户通信，假如他们每个人都知道我们的密钥，那他们就可以互相解密了。你也可以给每个用户都单独配一个不同的密钥，但如果我们的用户非常多，要管理这么多的密钥是非常麻烦的事情。

非对称加密指有两个密钥，公钥和私钥，成对出现 。公钥是公开的密钥，所有用户可以用它加密，不能解密。而私钥是服务器私有，只能解密，不能加密。从而保证所有人发的消息只有服务器能看到。也可以反过来，用私钥加密消息，用公钥解密，可以保证消息确实是服务器发出的。

比如上面说的20除以8等于2，丢弃余数4，从而使2和8无法倒推出20。假如现在服务器知道余数是4，不就可以倒推了吗？我们提前做几道算法：2*8+4=20，3*8+4=28。。。假如原文是49，加密时随机将其拆分成20+28+1。根据前面的算法，20=2，28=3，多出的尾数1保留，密文就是231。由于不知道余数4，黑客即使知道算法*8和尾数1，也无法通过231还原出49。而我们知道余数4，就可以用2还原出20，用3还原出28，最后20+28+1得出原文就是49。而余数4就是我们的私钥。

非对称加密虽然安全性更高，但从上面就可以看出，非对称加密比对称加密复杂的多，性能也低的多。所以它并不能完全取代对称加密，只适合对一些较短的关键性的内容加解密，如下。

数字签名

散列值保证了消息完整性，而且简短便于传输，但是无法确认消息来源。黑客可以拦截消息，然后冒名发出一条假消息，并相应生成假消息的散列值，发给收信人。收信人比对散列值一致还误以为是真实服务器发出的。

数字签名和现实中的签名作用一样，用于识别身份，而且非常简短。比如：采用非对称加密技术，发信人用私钥对散列值进行加密，收信人用公钥解密出散列值。因为只有私钥才能加密，加密后的内容就相当于个人签名，只有与其对应的公钥才能解密，只要能解密成功就能证明消息来源的真实性，伪造的签名是无法被特定的公钥识别的。然而公钥就一定是安全的吗？

证书

用户的公钥都是从网上获取。而黑客同样可以进行拦截，并将黑客的公钥替代服务器的公钥发给用户，用户用公钥加密后，黑客可以用他的私钥直接解密。此时就需要第三方认证机构对公钥进行认证了。

1，如果服务器需要认证，则向认证机构申请。

2，认证机构用自己的私钥对服务器的相关信息（包含公钥）进行数字签名，相关信息和签名就构成了服务器证书。

3，用户访问服务器时，服务器将其证书发给用户。

4，用户在安装window操作系统时，默认会安装受信任的认证机构的证书，证书中也包含认证机构的公钥。用户浏览器用认证机构的公钥，解密服务器证书的数字签名，得到散列值。然后将服务器证书中的公钥与散列值（摘要）进行比对，从而确认服务器公钥的真实性。所以，如果你的服务器操作系统不是正版的，或散列值比对不一致，那从根本上就无法保证服务器的安全性。

https

理解了以上内容，基本上就可以明白https的通信过程了

1，客户端发起请求，和服务器协商将使用的加密算法，传输协议等信息，这些内容都是公开的。

2，服务器将自己的证书发给客户端。

3，客户端验证证书合法性。

4，客户端生成对称加密密钥，用服务器证书中的公钥对密钥加密，发给服务器，服务器用私钥解密拿到对称密钥。

5，安全性相关工作全部确认完闭，客户端和服务器开始使用对称密钥发送业务消息。

对称密钥

以上https可以发现，低性能的非对称密钥只是用在安全确认环节上，只对较短的关键内容进行加解密。而消息的内容有可能是非常长的，比如一个html上千行代码，此时用对称密钥性能更高，最后生成的对称密钥也只有服务器和客户端彼此知道。