加/解密

从一个经典的例子说起：Bob和他的朋友们经常通过写信的方式交流，Bob不希望除了朋友以外的人可以获取信件的内容，决定采用将信件加密的方式，保证信息安全。

在信息传输中，为了防止被第三方截获并获取信息，将传输的明文通过秘钥和一定算法转换为密文，这个过程即为加密；使用对应的算法和秘钥将密文还原为明文即为解密。加解密过程中的算法是公开的，但秘钥是保密的。一般来讲，只要保证秘钥不泄漏，通信可以保证通信安全。

通过加解密是否使用同一个秘钥将加密分为：对称加密和非对称加密。

对称加密

Bob准备了一个秘钥，并将它分发给了每一个朋友。Bob每次发出信件时会通过加密算法和秘钥对信件内容加密，当朋友们收到信件后，使用约定的解密算法和秘钥恢复信件为明文。朋友们回信时，同样使用秘钥和加密算法对信件加密，Bob收信后解密，从而完成通信过程加密。这个过程就是对称加密。

对称加密是指加密和解密使用同一个秘钥进行。常用的对称加密算法有DES、3DES（TripleDES）和AES

非对称加密

Bob和他的朋友们使用对称加密的方式通信，遇到一些问题：

1. 必须提前将秘钥分发给朋友们，分发过程中可能被截获
2. 如果朋友A的信件被朋友B不小心拿到，朋友B可以识别信件中的内容

对此，Bob决定做以下改进：

1. 每人都准备两个秘钥，即公钥和私钥，将公钥分发给朋友，私钥则自己保存
2. 想要给谁写信则使用谁的公钥对信件进行加密，收到信件的人使用自己的私钥解密

这个过程就是非对称加密。

非对称加密中加密和解密使用不同的秘钥，即公钥和私钥。一般将公钥发送给其他用户使用，私钥则仅服务自身使用，换言之公钥可以是公开的，私钥是绝对保密的。使用公钥加密只能使用私钥解密，使用私钥加密只能使用公钥解密。当下最常见最流行的非对称加密为RSA

实际使用中往往是对称加密和非对称加密混合使用

摘要

Bob计划给朋友们写一封信，想保证朋友们拿到信件后可以确定信件未被篡改过。于是将信的内容经过MD5运算后得到一个固定长度的字符串附在信件后面，这个字符串就是信件的摘要。朋友收到信后使用同样的算法生成摘要，进行比对，即可确认信件是否被修改过。

摘要算法（Digest）：即常说的散列函数、哈希函数，对任意一组输入数据进行计算，得到一个固定长度的输出摘要。常见的摘要算法有：MD5、SHA1、SHA2（SHA224、SHA256、SHA384）

摘要算法一般有以下特性:

1. 不可逆：只有算法，没有秘钥，只能加密，不能解密
2. 难题友好性：想要破解只能暴力枚举
3. 发散性：只要原文有一点点改动，摘要就要发生剧烈变化，即：雪崩效应
4. 抗碰撞性：原文不同，计算后摘要也要不同

常见的摘要算法有：MD5、SHA1、SHA2（SHA224、SHA256、SHA384），实践证明：MD5和SHA1的抗碰撞性不佳，SHA2是当前最主流的摘要算法

数字签名

上文描述的摘要过程有一个严重的漏洞：如果黑客劫持了Bob的信件，修改后生成新的摘要，附在信件后面，朋友收到后则无法判断信件是否被修改过。我们可以对摘要进行加密来解决这个问题，具体如何操作？

上文中，Bob和他的朋友们使用非对称加密通信时，我们发现通信过程中总是使用公钥加密，私钥解密。从非对称加密的概念中我们得知，私钥加密、公钥解密也是可行的。如果Bob写了一封信使用自己的私钥加密，发送给朋友A，朋友A使用Bob的公钥可以正常解密内容，但是如果朋友B也拿到信件，其仍然可以解密内容，此时唯一能确定的是：信件一定是Bob发出的。也就是说：使用私钥加密，公钥解密起到的作用是：身份认证。

因此，我们可以将Bob的私钥对其信件摘要加密，并附在信件末尾，此即为数字签名。朋友收到后，使用Bob的公钥解密得到原文摘要，在与原文生成摘要对比，即可确定信件是否被篡改。这个过程也叫作验签。

数字证书

非对称加密中总是需要先发送公钥，直接发送公钥的发送有一定风险。如：Joe将自己的公钥发送给Bob的朋友们，并谎称这是Bob的公钥，Joe就可以伪装成Bob与他的朋友们进行通信。即存在公钥信任问题：如何保证这个公钥一定是Bob的呢？

为了保证公钥的可靠性，引入了数字证书，数字证书包含一个主体及其公钥等信息，由特定的CA机构颁发给这个主体，CA机构具有极高的可信度。使用数字证书的一般过程如下：

1. Bob向CA机构申请证书，CA机构将Bob的公钥等信息进行摘要运算，得到证书的摘要；
2. CA用自己的私钥将摘要进行签名算法，生成证书的数字签名，也就是证书指纹；
3. 一起发布证书信息和证书数字签名，Bob得到数字证书；
4. Bob给朋友写信时，在信件中附上信件数字签名和申请的数字证书，一起发送给朋友；
5. 朋友收到信件后，先证书验签：取出数字证书，对证书验签，获取可信的Bob公钥（数字证书的验签过程：一般操作系统存储有可靠的CA机构公钥，其余验签过程同上文验签）；
6. 证书验签完成后，进行信件验签，使用Bob的公钥和信件的数字签名进行验签。

数字证书常见内容：

1. 所有者：Bob
2. 公钥：Bob的公钥
3. 颁发者：CA
4. 有效期：
5. 签名哈希算法：指定的摘要算法，用来计算证书的摘要
6. 签名算法：用于生成签名
7. 指纹（数字签名）：证书的摘要，保证完整性
8. 序列号：唯一标识