【网络协议笔记】第五层:应用层(Application)HTTPS协议简介(7)
这一篇整理了对称加密，非对称加密，数字签名，证书。
1.对称加密
在对称加密中（也叫对称密码），加密和解密使用的是同一个密钥。
常见的对称加密算法：
- DES
- 3DES
- AES
1.1 DES（Data Encryption Standard）
DES是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称加密算法，密钥长度是56bit。
规格上来说，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上是56bit。
由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代（反复）。
目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用。
1.2 3DES（Triple Data Encryption Algorithm）
3DES，是将DES重复3次所得到的的一种密码算法，也叫做3重DES。
三重DES并不是进行三次DES加密(加密 -> 加密 -> 加密)，而是加密 -> 解密 -> 加密的过程。
目前还被一些银行等机构使用，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题。
3个密钥都是不同的，也称为DES-EDE3。EDE是Encryption Decryption Encryption的缩写。
如果所有密钥都使用同一个，则结果与普通的DES是等价的。
如果密钥1、密钥3相同，密钥2不同，称为DES-EDE2。
1.3 AES（Advanced Encryption Standard）
AES是取代DES成为新标准的一种对称加密算法，又称为Rijndael加密法（算法发明人叫做Rijndael）。
AES的密钥长度有128、192、256bit三种。目前AES已经逐步取代DES、3DES，成为首选的对称加密算法。
一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES。因为它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作。
1.4 密钥配送问题
在使用对称加密时，一定会遇到密钥配送问题。
如果Alice将使用对称加密过的消息发给了Bob，只有将密钥发送给Bob，Bob才能完成解密。
在发送密钥过程中，可能会被Eve窃取密钥，最后Eve也能完成解密。
如何解决密钥配送问题？
有以下几种解决密钥配送的方法：
- 事先共享密钥（比如私下共享）
- 密钥分配中心（Key Distribution Center，简称KDC）
- Diffie-Hellman密钥交换
- 非对称加密
2.非对称加密
在非对称加密(Asymmetric Cryptography)中，密钥分为加密密钥、解密密钥2种，它们并不是同一个密钥。
加密密钥: 一般是公开的，因此该密钥称为公钥（public key）。因此，非对称加密也被称为公钥密码（Public-key Cryptography）。
解密密钥: 由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（private key）。
2.1 公钥和私钥
公钥和私钥是一一对应的，不能单独生成。一对公钥和私钥统称为密钥对（key pair）。
由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密。
由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密。
因为非对称加密算法更加复杂（安全），所以加密解密速度会比较慢（效率低）。相反而言，对称加密简单（不安全），所以加密解密速度更快（效率高）。
2.2 解决密钥配送问题
由消息的接收者生成一对公钥和私钥。将公钥发给消息的发送者，消息的发送者使用公钥加密消息。
2.3 RSA
RSA的名字由它的3位开发者姓氏首字母组成（Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman），也是目前使用最广泛的非对称加密算法。
2.4 混合密码系统（Hybrid Cryptosystem）
对称加密的缺点: 不能很好地解决密钥配送问题（密钥会被窃取）。
非对称加密的缺点: 加密解密速度比较慢。
混合密码系统: 是将对称加密和非对称加密的优势相结合的方法。解决了非对称加密速度慢的问题，并通过非对称加密解决了对称加密的密钥配送问题。
网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统。
2.4.1 混合密码-加密
会话密钥（session key）：
- 为本次通信随机生成的临时密钥
- 作为对称加密的密钥，用于加密消息，提高速度
加密步骤（发送消息）：
- 消息发送者要拥有消息接收者的公钥
- 生成会话密钥，作为对称加密的密钥，加密消息
- 用消息接收者的公钥，加密会话密钥
- 将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者
发送出去的内容包括：
- 用会话密钥加密的消息（加密方法：对称加密）
- 用公钥加密的会话密钥（加密方法：非对称加密）
2.4.2 混合密码-解密
解密步骤（收到消息）：
- 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
- 再用第一步解密出来的会话密钥解密消息
2.4.3 混合密码-加密解密流程
场景：Alice发送消息给Bob。
发送过程（加密过程）：
- Bob先生成一对公钥和私钥
- Bob把公钥共享给Alice
- Alice随机生成一个会话密钥（临时密钥）
- Alice用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称加密）
- Alice用Bob的公钥加密会话密钥（使用的是非对称加密）
- Alice把第4、5步的加密结果一并发送给Bob
接收过程（解密过程）：
- Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是非对称加密算法进行解密）
- Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称加密算法进行解密）
3.数字签名
例如，Alice发送内容给Bob（明文）。Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认。
问题来了：Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
解决方案：数字签名。
3.1 数字签名过程
在数字签名技术中，有以下2种行为：
- 生成签名
由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成 - 验证签名
由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证
如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？用消息发送者的私钥进行签名。
签名过程：
由于非对称加密速度比较慢，当消息体量比较大时效率就会下降，
所以可以利用单向散列函数对其过程进行改进（对散列值进行加密解密，然后比较散列值）：
消息发送者生成密钥对是为了防止密钥被篡改。消息接收者生成密钥对是不想消息被其他人看到。
-
如果有人篡改了消息内容或签名内容，会是什么结果？
签名验证失败，证明内容被篡改了。 -
数字签名不能保证机密性？
数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改。 -
数字签名的作用
确认消息的完整性
识别消息是否被篡改
防止消息发送人否认
3.2 非对称加密和数字签名对比
在非对称加密中，任何人都可以使用公钥进行加密。
在数字签名中，任何人都可以使用公钥验证签名。
数字签名，其实就是将非对称加密反过来使用。
非对称加密: 既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密。公钥负责加密，私钥负责解密。
数字签名: 既然是签名，肯定是不希望有人冒充我发消息，所以只有我才能签名。 私钥负责签名，公钥负责验签。
3.3 公钥的合法性
如果遭遇了中间人攻击，那么公钥将可能是伪造的。
对称加密无法保证密钥的安全，后面有了非对称加密。
但是非对称加密也有公钥被窃取的风险（混合加密和签名也是一样的，只要有传输公钥这一步骤，就会有窃取风险），
所以如何才能验证公钥的合法性呢？使用证书。
4.证书
说到证书，首先联想到的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等，这些都是由权威机构认证的。
密码学中的证书，全程叫公钥证书(ublic-key Certificate，PKC)，跟驾驶证类似，里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥。
并由认证机构(Certificate Authority，CA)进行数字签名。
CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织。
CA可以是有国际性的组织、政府设立的组织、通过提供认证服务来盈利的企业，个人也可以成立认证机构。
4.1 注册和下载
4.2 证书的使用
第4步和第5步只要被篡改，就会认证失败。因为证书签名始终都是围绕CA认证机构验证的。
各大CA的公钥，默认已经内置在浏览器和操作系统中。
4.3 查看证书
4.3.1 Windows
- Windows + R -> 输入mmc
- 文件 -> 添加/删除管理单元
- 证书 -> 添加 -> 我的用户账户 -> 完成 -> 确定
4.3.2 Mac
Mac系统的证书统一在钥匙串中管理。
欢迎大家的意见和交流
email: li_mingxie@163.com