CA体系与证书——TLS安全加密的基础

为什么要建立证书体系 （PKI）

public key infrastructure，PKI 公钥基础设施，PKI的提供者狭义的被看做是CA，也就是颁发签署证书的权威机构。

之前论述的密钥交换过程与提到的身份认证，在实际互联网应用上的不足在于：之前论述的小范围的使用RSA算法，事先A B两方分享了公钥和私钥，然后在A B 之间进行保密通信是行得通的，可是要在广泛的互联网中使用，就存在很多问题。我假定一个网上银行的场景：

之前A没有登陆过网上银行（自然也就没有RSA中的公钥，实际中公钥存放在证书里）：

客户A——>服务器B：hello 开启通信

服务器B——>客户A：hello，我是服务器B

客户A——>服务器B：开始身份认证， 并把公钥发给我，A在自己这边产生一个随机串作为身份认证标识传给B。

服务器B——>客户A：B使用私钥加密身份认证标识，然后把这个加密的标识 与 公钥一起传给A。

客户A：虽然使用公钥可以解密身份标识，但到底是不是B？？ （因为任何人都可以生成RSA密钥对，RSA算法或别的算法都是公开的），到底是不是B？？这个问题如果不采用“线下”手段是无解的。

DNS劫持或者中间人攻击都可以冒充B。冒充者自己完全可以生成一对RSA密钥。即使A不是第一次使用网上银行，之前已有了一个公钥P，那也是有问题的，因为密钥是要有有效期的，到时候要更换，攻击者可以诱使客户A更换自己生成的密钥。问题的根源在于，算法是公开的，人人都可以生成RSA密钥对，无法确认RSA密钥对到底是谁的。如果收到冒充服务器发过来的公钥，经过某种检查，能够发现这个公钥不是服务器的就可以解决这个问题。这就要引入权威第三方——CA。这就是要建立CA体系的原因。

 

证书与证书的验证

数字证书就是权威第三方签发的，可以解决上面的问题。一个证书包含以下的具体内容：

（1）证书的发布机构

（2）证书所有者（Subject）——可以简单理解为域名

（3）证书的有效期

（4）公钥

（5）签名所使用的算法

（6）指纹以及指纹算法

数字证书可以保证数字证书里的公钥确实是这个证书的所有者(Subject)的，证书可以用来确认对方的身份，上面说的网上银行从权威第三方申请到了CA证书（要走严格的流程）。

有了证书以后通信过程：

客户A——>服务器B：hello 开启通信。

服务器B——>客户A：hello，我是服务器B，这是CA证书。

客户A：验证这个数字证书到底是不是服务器B的，如果检查没有问题，进行下一步。

客户A——>服务器B：开始身份认证 （发一个随机串）。

服务器B——>客户A：加密随机串形成加密后的身份认证标识 。

客户A使用CA中的公钥解密身份认证标识以后比对之前的随机串，如果比对成功，就证明对方是服务器B，然后就可以正常通信了。有了证书以后可以避免有人去冒充B，要冒充就得有CA证书,其实证书是可以轻易得到的，E可以正常和B做一次正常通信，然后就得到证书了，问题关键在于，E没有这个证书对应的私钥，不能正确的响应A的身份认证请求。一切都源于证书，本质是公钥以证书形式唯一化了，那么私钥也唯一了，没有私钥冒充不成B。但是还不能解决证书造假这个问题，因为证书的格式和包括什么内容是公开的，是可以造出来的。

 

 

我们怎么验证一个证书是不是CA签发的呢？

CA证书的详细构成里面有2个重要的内容：

（5）签名所使用的算法 Signature algorithm ：使用哪个算法加密了指纹，指纹的加密结果也叫数字签名。

（6）指纹（加密后的）以及指纹算法 Thumbprint, Thumbprint algorithm ：指纹是个加密后的结果，是用来确保证书完整性的，保证证书不被篡改。

重点解释一下（5）和（6），使用（5）（6），就可以检验证书是不是由权威第三方（CA）颁发的。

原理就是在发布证书时，权威第三方使用指纹算法(一个hash算法)计算整个证书的hash值(指纹)，然后加密并和证书放在一起，这个指纹是要被加密的，是使用权威第三方（CA）的一个私钥加密的，普通用户的计算机操作系统中是有权威第三方的公钥的，这是和操作系统一起安装的，具有“天然性”，这个公钥也保存在一个证书里，叫做根证书。有了这个公钥，就可以解密指纹，使用指纹算法可以计算出指纹，如果计算出的指纹与解密的指纹一致，就说明证书没有被篡改而且是权威第三方签发的合法证书。

实际上操作系统中存放的根证书有很多，因为CA也不止一个。现在很清楚了，其实是两套证书，一套是跟随操作系统一起安装的CA的根证书，一套是各个使用了https的公司向CA申请的证书。

那CA的证书是哪里来的？其实很简单，是他们自己给自己签发的。

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