经常听到有人说,在使用公钥密码学加密与签名时,一定要知道是使用公钥还是使用私钥,否则容易闹笑话。可是,对于一个学过一点密码学的人来说,真的就那么难吗?下面就来讨论一下这个问题。
密码学中要使用Key,而在公钥密码学中,有两个Key,一个公钥PK(Public Key),一个私钥SK(Secret Key),其中公钥PK公开,任何人都可以查到,而私钥SK保密,理论上只应该有你一个人知道。
首先要说一说通信,通信自然要涉及通信双方,密码学的大师给了通信双方两个好听的名字A(lice),B(ob)。下面约定一下PK(A),PK(B)分别代表Alice和Bob的公钥,是完全公开的,任何人都可以查到;SK(A)为Alice的私钥,只有Alice自己知道,SK(B)为Bob的私钥,只有Bob一个人知道。下面从Bob的角度来讨论。
加密:加密,为什么要加密?因为通信的双方使用的是公开的信道,而信道上是可能有窃听者的,如果使用明文传输消息,即不加密,那么窃听者就可以知道消息的内容了,如果你传输的是什么**消息的话,你就悲剧了。所以为防止消息被不应该知道的人知道,传输时要加密。
在公钥密码学中,一个消息M,在key1的控制下,经过密码算法,得到密文C,是为加密;而密文C,在另一个Key2的控制下,经过密码算法,可以得到对应的明文M,是为解密。其中一个是公钥PK,一个是私钥SK,这是与分组密码不同的。下面来说Bob要传输消息给Alice,该使用那个Key。这里使用枚举,这个办法很好用。总共用四个key。(你不会还想用其他人的key吧。。。)
1)使用PK(B)吗(自己的公钥)?这个,来分析分析。使用PK(B)加密的消息,只能使用对于的SK(B)来解密,而SK(B)只有你自己知道,Alice不知道,窃听者也不知道。使用这个Key的效果最好,别的人都不能知道消息的内容,窃听者也拿它没办法,但是,通信的另一方Alice也不知道消息的内容了,这样的通信就没有意义了。所以,否定掉。
2)使用SK(B)吗(自己的私钥)?我们来看看,使用SK(B)加密的消息,要使用PK(B)来加密。而PK(B)是公开的,Alice知道,恩,Alice可以解密消息了,这个可以吧!这个真的可以吗?正是因为PK(B)是公开的,Alice知道,窃听者也知道,所以Alice能解密,窃听者也能解密,所以根本就没有保密性。和明文传输没多大的差别了。这个一个悲剧的选择。Pass掉。
3)使用SK(A)吗(对方的私钥)?SK(A)是Alice的私钥,只有Alice知道,Bob不知道,这个不行。假设Alice将私钥偷偷告诉了你,这样你就可以使用了吧。原理和结局同2中的分析。同样……
4)使用PK(A)吗(对方的公钥)?排除法告诉我们,只有这个可以选了,那就选它吧。原理什么的就不用讲了吧,大家也没兴趣的。不行,老夫子教导我们,知其然必知其所以然。我们要知道原理。好吧,讲一讲。使用PK(A)加密的消息,要使用SK(A)来解密,而SK(A)对方是知道的,所以消息是可以解密的;而又因为SK(A)只有Alice知道,别的人包括窃听者是不知道的,所以消息的保密性是可以保证的。满足要求。恩,终于弄懂了。签名,现实生活中,我们可以使用自己的笔迹来签名的。而电子世界呢?签名,这个是公钥密码学提供的而分组密码是无法与他比的特性。签名,为什么要签名?举个例子,假如你发送一条消息给银行,从你的账号中转1亿出去(反正是举例子,说这么大的数额也没什么关系),银行执行了这条消息,转了账,事后,你跟银行说,你没有转过账,要让银行赔偿,如果银行拿不出证据,那银行就悲剧了、破产了,而银行是可以拿出证据的,证据就在那条消息中,因为你对它签名了,而签名在法律上是有效的证据的。好吧。那么,Bob要对消息签名,他该使用哪个key?枚举法再次闪亮登场……
1)使用PK(A)吗(对方的公钥)?假设可以的话,由于PK(A)是公开的,那么任何都是可以伪造你的签名的,你的银行卡就爆了。。。
2)使用SK(A)吗(对方是私钥)?同样这个你是不知道的。就是对方告诉了你,还是有问题的,因为这个和你的另一个key不匹配,签名是不能验证的,这个问题同样出现在1中。所以,不妥。。。
3)使用PK(B)吗(自己的公钥)?同样有问题,第一,原理同1,由于是公开的,任何人都可以伪造,银行卡再次爆掉了;第二,原理同2,要验证,就需要使用你的另一个key,即你的私钥,而这个只有你自己知道,所以签名无法验证。这又是一个失败的例子。。。
4)私钥SK(B)吗(自己的私钥)?还是说说原理吧。签名要使用唯一能确认是你的东西来签名,譬如笔迹。因为SK(B)只有你自己知道,所以满足要求的;其次,使用SK(B)签名的东西,是可以用PK(B)验证的,因为它是公开的。所以也满足要求。Jackpot!
数字证书:
是由证书认证机构(CA)对证书申请者真实身份验证之后,用CA的根证书对申请人的一些基本信息以及申请人的公钥进行签名(相当于加盖发证书机构的公章)后形成的一个数字文件。CA完成签发证书后,会将证书发布在CA的证书库(目录服务器)中,任何人都可以查询和下载,因此数字证书和公钥一样是公开的。
可以这样说,数字证书就是经过CA认证过的公钥,而私钥一般情况都是由证书持有者在自己本地生成的,由证书持有者自己负责保管。具体使用时,签名操作是发送方用私钥进行签名,接受方用发送方证书来验证签名;加密操作则是用接受方的证书进行加密,接受方用自己的私钥进行解密。
总结:
公钥私钥的原则: