19.系统知识-数字证书

密码学相关概念

明文(plain text)：发送人、接受人和任何访问消息的人都能理解的消息。
密文(cipher text)：明文消息经过某种编码后，得到密文消息。
加密(encryption)：将明文消息变成密文消息。
解密(decryption)：将密文消息变成明文消息。
算法：取一个输入文本，产生一个输出文本。
加密算法：发送方进行加密的算法。
解密算法：接收方进行解密的算法。
密钥(key)：只有发送方和接收方掌握的消息
对称密钥加密(Symmetric Key Cryptography)：加密与解密使用相同密钥。
非对称密钥加密(Asymmetric Key Cryptography)：加密与解密使用不同密钥，分为公钥和私钥

非对称密钥加密(Asymmetric Key Cryptography)：加密与解密使用不同密钥，分为公钥和私钥

对称加密算法

• 在对称加密算法中，加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的，加密和解密都是使用同一个密钥。
• 通信双方采用相同的密钥来加解密会话内容，即一段待加密内容，经过同一个密钥的两次对称加密后，与原
来的结果一样。
• 举例说明：
根据异或性质：
(A ⊕ B) ⊕ B = A A
得到如下加密方法，其中C为密文，P为明文，K是双方约定的常量，
C = P ⊕ K K
对应的解密方法则为：
P = C ⊕ K K
这就是一种简单的对称密钥算法的过程，其中异或操作是对称加密、解密算法，K则是密钥

非对称加密算法

• 非对称加解密算法的密钥是成对出现的，公钥加密过的密文只有对应的私钥能解密；私钥签名过的密文可以
通过对应的公钥验签。原则上私钥是不能在网络中传递的。
• 双方通信时，首先要将密钥对中的公钥传给对方，这个密钥可以在不安全的信道中传输；传输数据时，先使
用自己持有的密钥做加密，对方只能用自己传输过去的密钥解密。
• 举例说明：
其中C表示密文，P表示明文，x是公钥，y是私钥，
并假设 xy= 1，则有下加解密方法

 

加密小游戏-第一回合

“小客”->“小服”：你好
“小服”->“小客”：你好，我是小服
因为消息是在网络上传输的，有人可以冒充自己是“小服”来向小客发送信息。所以会出现下面的情况：
“小客”->“黑客”：你好 // 黑客在“小客”和“小服”之间的某个路由器上截获“小客”发给小服的信
息，然后自己冒充“小服”
“黑客”->“小客”：你好，我是小服
“小客”在接到消息后，并不能肯定这个消息就是由“小服”发出的，某些“黑客”也可以冒充“小服”发出
这个消息。
那么如何确定信息是由“小服”发过来的呢？ 

加密小游戏-第二回合

“小客”->“小服”：你好
“小服”->“小客”：你好，我是小服
“小客”->“小服”：向我证明你就是小服
“小服”->“小客”：你好，我是小服 {你好，我是小服}[私钥|RSA]
//{你好，我是小服}[私钥|RSA] 表示用私钥对“你好，我是小服”进行加密后的结果。
为了向“小客”证明自己是“小服”，“小服”把一个字符串用自己的私钥加密，然后发送明文+加密后的密文一
起发给“小客”。
“小客”收到信息后，用自己持有的公钥把 {你好，我是小服}[私钥|RSA] 这个内容用公钥进行解密，然后将解密的
内容和“你好，我是小服”对比。
因为“小服”用私钥加密后的内容，只能由公钥进行解密，私钥只有“小服”持有，所以如果解密出来的内容是能
够对得上的，那说明信息一定是从“小服”发过来的。

加密小游戏-第三回合

“小客”->“小服”：你好
“小服”->“小客”：你好，我是小服
“小客”->“小服”：向我证明你就是小服
“小服”->“小客”：你好，我是小服 {你好，我是小服}[私钥|RSA]
“小客”->“小服”：{我的帐号是aaa，密码是123，把我的余额的信息发给我看看}[公钥|RSA]
“小服”->“小客”：{你的余额是100元}[私钥|RSA]
注意上面的的信息 {你的余额是100元}[私钥|RSA]，这个是“小服”用私钥加密后的内容。
我们之前说了，公钥是发布出去的，因此所有的人都知道公钥。所以除了“小客”，其它的人也可以用公钥对
{你的余额是100元}[私钥|RSA]进行解密。因此这个信息是无法保密的；
在实际的应用过程，一般是通过引入对称加密来解决这个问题，看下面的演示：

加密小游戏-第四回合

“小客”->“小服”：你好
“小服”->“小客”：你好，我是小服
“小客”->“小服”：向我证明你就是小服
“小服”->“小客”：你好，我是小服 {你好，我是小服}[私钥|RSA]
“小客”->“小服”：{我们后面的通信过程，用对称加密来进行，这里是对称加密算法和密钥}[公钥|RSA] //红色字
体的部分是对称加密的算法和密钥的具体内容，小客把它们发送给小服。
“小服”->“小客”：{OK，收到！}[密钥|对称加密算法]
“小客”->“小服”：{我的帐号是aaa，密码是123，把我的余额的信息发给我看看}[密钥|对称加密算法]
“小服”->“小客”：{你的余额是100元}[密钥|对称加密算法]
“小客”在确认了“小服”的身份后，“小客”自己选择一个对称加密算法和一个密钥，把这个对称加密算法和密钥
一起用公钥加密后发送给“小服”。
对称加密算法和密钥是用公钥加密的，因此就算这个加密后的内容被“黑客”截获了，由于没有私钥，“黑客”也无
从知道对称加密算法和密钥的内容，这样可以保证只有小服可以知道对称加密算法和密钥。“小服”和“小客”就可
以用对称加密算法和密钥来加密通信的内容了。

加密小游戏-遗留问题

“小服”要对外发布公钥，那“小服”如何把公钥发送给“小客”呢？我们可能会想到以下两个方法：
a)把公钥放到互联网的某个地方的一个下载地址，事先给“小客”去下载
b)每次和“小客”开始通信时，“小服”把公钥发给“小客”
但是这个两个方法都有一定的问题：
对于a)方法，“小客”无法确定这个下载地址是不是“小服”发布的；另外要所有的“小客”都在通信前事先去下载
公钥也很不现实。
对于b)方法，也有问题，因为任何人都可以自己生成一对公钥和私钥，他只要向“小客”发送他自己的公钥就可以冒
充“小服”了。

证书概念

• 数字证书（”digital certificate”或“public key certificate”)是指在互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一个数字认证，在网上用它来识别对方的身份。从本质上来说是一种电子文档，它的作用是证明某某东西确实是某某东西。
• CA（ Certificate Authority ）也叫“证书授权中心”。负责发放和管理数字证书的权威机构。一般来说，CA必须是所有行业和所有公众都信任的、认可的，因此它必须具有足够的权威性。

证书分类

按持有者分类 ：
• 个人证书：CA中心给个人颁发的证书，仅代表个人身份，证书包含个人信息和个人公钥。
• 单位证书：CA中心给组织机构颁发的证书，代表机构的身份，包含机构单位的信息和单位公钥。
• 系统证书：CA中心给应用系统或者设备颁发的证书，代表系统的身份，包含系统的信息和系统的公钥。
按证书用途分类：
• 签名证书：签名证书只能用于签名和验证签名，为了密钥的安全，密钥对一般在小客端产生和保存。
• 加密证书：加密证书只能用于加密，其中密钥对由CA产生，通过保护算法和协议发送给用户保存，同时CA
中心也保存该密钥对，以备管理和恢复。

证书格式

证书有PEM和DER编码格式，其中PEM是采用Base64编码字符保存，DER格式采用二进制保存。
一张证书包含公钥与私钥，对应着非对称加密算法中用到的公私钥。通常用.crt后缀标识公钥，用.key标识私钥。
还有一种将公钥与私钥捆绑在一起的保存方法，后缀通常为.pfx(微软用)或者.p12。

证书内容

证书公钥中除了保存公钥内容以外，通常还有颁发者、
使用者、有效期、签名等信息。
证书私钥中有公私钥信息，全部的RSA算法参数

证书信任链

CA(Certificate Authority):数字证书认证中心的简称
根CA:处在信任链的顶端，其证书公钥默认导入各种操作
系统与浏览器中
中级CA:处于信任链中间，根CA或其他中级CA颁发的证
书，还能继续颁发子证书
个人:处在信任链末端，中级CA或根CA颁发的证书 

证书之间的信任关系，是可以嵌套的。
比如，C 信任 A1，A1 信任 A2，A2
信任 A3......这个叫做证书的信任链。
只要你信任链上的头一个证书，那后
续的证书，都是可以信任的。

 

证书吊销列表

如果证书持有者一个不小心，将证书私钥给泄露了，这个时候他人就可以冒用其身份。
为了防止这种情况发生，各大CA都维护着一张CRL列表，里面标记了虽然还未过有效期，但已不能再使用的证书。 

证书工作原理 

“小服”在给“小客”发公钥的过程中，会把公钥以及
小服的个人信息通过Hash算法生成消息摘要；
为了防止摘要被人调换， “小服”还会用CA提供的私
钥对消息摘要进行加密来形成数字签名；
并且，最后还会把原来没Hash算法之前的信息和数字签
名合并在一起，形成数字证书。

当“小客”拿到这份数字证书之后，就会用CA提供的公钥来对数字证书里面的数字签名进行解密得到消息摘要，然后对数字证书里面“小服” 的公钥和个人信息进行Hash得到另一份消息摘要，然后把两份消息摘要进行对比，如果一样，则证明这些东西确实是“小服” 的，否则就不是 

SSL概念

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层)基于HTTPS下的一个协议加密层，它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能。SSL协议分为以下两层：
SSL记录协议层的作用是为高层协议提供基本的安全服务。SSL记录协议针对HTTP协议进行了特别的设计，使得超文本的传输协议HTTP能够在SSL运行。记录封装各种高层协议，具体实施压缩解压缩、加密解密、计算和校验MAC等与安全有关的操作。
SSL握手协议层包括SSL握手协议（SSL HandShake Protocol）、SSL密码参数修改协议（SSL
Change Cipher Spec Protocol）、应用数据协议（Application Data Protocol）和SSL告警协议
（SSL Alert Protocol）。握手层的这些协议用于SSL管理信息的交换，允许应用协议传送数据之前
相互验证，协商加密算法和生成密钥等。SSL握手协议的作用是协调小客和小服的状态，使双方能够达到状态的同步。 

SSL单向认证

客户端验证服务器的过程

SSL双向认证

 客户端和服务器相互认证的过程