信息安全 – 加密算法

问题

1. 什么是散列算法（信息摘要），散列算法是加密吗？
2. 什么是对称加密？
3. 什么是非对称加密，什么时间用公钥加密，什么时间用私钥”加密“？
4. 什么是数字签名？
5. 什么是数字证书？
6. Https原理是什么？

加密算法

散列算法

我们从一个小故事开始，学生时代，即使我们没有写过小纸条，但也帮别人传过不少，假如最后一排的张三想给第一排的李四传纸条，而走到王五那里，王五看到后，把纸条信息给改了，李四怎么确认，这个信息有没有被别人篡改过？

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简单的做法，张三可以在传递信息之前，比如结尾处写一个”共xx字“，这样王五看到后，想在后面补点什么，估计就有点棘手了，实际这个”共xx字“，我们就可以理解为摘要信息。

生成这个”摘要信息”，有个专业的名词，叫：散列算法，又叫摘要算法、哈希算法等，就是一种将字符组成的字符串转换为固定长度（一般是更短长度）的数值或索引值的方法。常见的有MD5、SHA1等。
可以看下在线工具：http://www.jsons.cn/md5/s/

示意图

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还有其他用途，比如：我们网上下载一个软件，怎么保证这个软件，是否被别人修改过，植入木马等恶意程序？我们通常会发现：软件旁边一般会有MD5值或者SHA值，这个实际就是软件摘要信息，如果下载后的软件，做MD5之后，跟这个不匹配，说明软件被别人修改过。

特点：

• 无论原始字符串长度如何，都会产生固定长度的摘要信息，16位、32位、160位等。
• 不能从摘要信息反推出原始信息（彩虹表不算），也就是解密，不能称之为”加密”。

对称加密

我们更进一步，如果张三和李四，要传递一些机密信息，不想被中间人看到信息内容，我们需要怎么做？

张三可以买一把锁，只有自己和李四有钥匙，投递前先锁起来，等李四接到，再用相同的钥匙打开，这种做法实际就是对称加密，也就是同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密。

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但这样还是有风险的，且不说张三、李四本身会因为保管不严，有泄露风险，张三把钥匙给李四的时候，需要明文传递，本身就有可能泄露的风险。那有没有其他办法解决，下面就是看另外一种加密方式 - 非对称加密。

非对称加密

非对称加密，就是提前产生一对密钥：公钥和私钥，公钥给别人，私钥自己保留，利用公钥加密，私钥解密，私钥”加密”，公钥”解密”。
此时李四就可以提前把自己的公钥传递给张三，张三拿着公钥加密后，就可以把信息传递给李四，这时就只有李四利用自己的私钥可以解开这个信息。

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此时又有新的问题：如何证明李四收到的信息一定是张三发过来的？比如王五获取了李四的公钥，模拟张三给李四发消息，李四怎么确认，这封信一定是张三发的？

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此时可以利用非对称加密的另外一个功能，数字签名。

数字签名

数字签名，也就是利用自己的私钥，给信息”加密”，实际就是给信息做签名，这个签名只有公钥可以验证成功。反过来，公钥能验签的，信息肯定来源于另外一只私钥”加密”的，从而可以证明信息来源。
下图所示：李四能用张三公钥验证成功，一定来源于张三。

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事情看似得到解决，但我们再来思考一个问题：如果提前王五冒充张三，提前把自己的公钥给了李四，然后用自己的私钥签名，给李四，这样李四用假冒的公钥也可以验签的，是不是事情出现了无解？
此时最大的问题就是，李四无法证明，公钥一定来源于张三。

数字证书

既然就剩下公钥的身份证明问题，那我们是不是可以找一个专业机构，把我们的公钥经过他们证明一下就可以了，于是有了CA机构（证书授权机构），专门做数字证书的签发。下面看下数字证书有哪些构成，以百度为例：

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数字证书的签发流程如下：

1. 个人或者公司，通过工具生成自己的公钥和私钥
2. 私钥自己保留，公钥+申请者信息+域名等，发送给CA机构
3. CA核实信息无误后，把信息生成摘要信息
4. 然后用自己的私钥对摘要进行签名，加上申请信息，这样产生的一个文件，就是数字证书
5. CA把数字证书返回给申请者

示意图（侵删）

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小结一下

非对称加密：就是公钥加密，私钥解密、私钥签名、公钥验签。

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Https工作原理

这里借用一下别人的图，侵删，流程如下：

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1. 客户端访问站点的时候，获取CA颁发的数字证书
2. 客户端验证CA证书合法后，获取里面的公钥，并生成随机码（Key）
3. 利用公钥对随机码（Key）进行加密，发送给服务器端
4. 服务器端，利用自己的私钥对随机码（Key）进行解密
5. 然后客户端和服务器端，利用随机码作为Key，采用对称加密，进行数据传输

总结

• 什么是散列算法（信息摘要），散列算法是加密吗？
  • 散列算法是一种摘要算法，把任意长度的字符串，转换为特定长度的字符串
  • 散列算法不可逆，不能解密，严格上不能算加密算法
• 什么是对称加密？
  • 使用相同的密钥，可以对信息进行加密和解密
  • 速度相对非对称加密，速度比较块
• 什么是非对称加密，什么时间用公钥加密，什么时间用私钥”加密“？
  • 利用成对的公钥对信息进行加密和解密
  • 公钥加密，私钥解密，私钥签名、公钥验签
  • 速度相比较对称加密，有点慢
  • 希望加密信息的时候，用公钥加密
  • 希望证明自己的时候，用私钥签名
• 什么是数字签名？
  • 给信息添加指纹，证明信息来源
  • 一般对内容的散列值再签名，减少签名长度和提高速度
• 什么是数字证书？
  • 数字证书就是由 CA 机构使用自己私钥，对证书申请者的公钥进行签名认证
  • 证书包含申请者公钥、域名、是否过期、申请者信息等
• Https原理是什么？
  • 通过数字证书，获取对方服务器的公钥
  • 然后通过公钥传递随机生成的对称加密的密钥
  • 最后双方用随机密钥进行通信
• 为什么数字证书，要用摘要做签名？
  • 数据可能比较大，签名是使用非对称加密算法，比较耗时
• Https已经获取了公钥，为什么还要用对称加密进行数据传输？
  • 对称加密速度快