公钥私钥加密
上一篇 / 下一篇 2017-06-13 15:38:12 / 个人分类:public key
讲解非常透彻。
- 加密解密算法
- 对称密钥: 加密解密的密钥相同
- 非对称密钥:加密解密的密钥不同,用一个进行加密,只能用另一个进行解密,反之亦然。
- public-private key就是非对称密钥加密方式。 用public key进行加密,只能用private key进行解密。反之,用private key进行加密,只能用public key进行解密
- client 获得server的公钥(通过证书验证公钥确实是这个server)
- 向server发送随机串
- server用自己的私钥加密这个随机串的hash值,发送给client
- client计算自己发送的随机串的hash值,并用server的公钥解密server发送过来的字符串,进行比较,相同则证明server是要通信的机器,不是黑客。
- 因为只有server有自己的私钥,所以server用私钥加密的字符串只能由他的公钥解开,这就证明了server是server。
- 接下来的通信过程,要用对称加密进行,因为如果server用自己的私钥进行加密,client用server的公钥进行解密的话,因为公钥是大家都可以拿到的,所以后面的通信过程中server向client发送的消息,大家都可以解出来。
- 所以client会产生一个对称加密的密钥和算法,并用server的public key加密发送给server
- server用private key解密得到对称密钥和算法,并用这些进行后续的通信过程加密。
- 这是由证书保证的。
- 指纹算法:是一种hash算法
- 指纹: 对证书用指纹算法生成的hash值,
- Signature algorithm (签名所使用的算法):用于对指纹和指纹算法进行加密的算法。
- 用证书发布机构的私钥和签名算法对指纹和指纹算法进行加密,随证书一起发布。
- 证书发布和验证过程
举个例子方便大家理解,假设我们公司"ABC Company"花了1000块钱,向一个证书发布机构"SecureTrust CA"为我们自己的公司"ABC Company"申请了一张证书,注意,这个证书发布机构"SecureTrust CA"是一个大家公认并被一些权威机构接受的证书发布机构,我们的操作系统里面已经安装了"SecureTrust CA"的证书。"SecureTrust CA"在给我们发布证书时,把Issuer,Public key,Subject,Valid from,Valid to等信息以明文的形式写到证书里面,然后用一个指纹算法计算出这些数字证书内容的一个指纹,并把指纹和指纹算法用自己的私钥进行加密,然后和证书的内容一起发布,同时"SecureTrust CA"还会给一个我们公司"ABC Company"的私钥给到我们。我们花了1000块钱买的这个证书的内容如下:
×××××××××××××××证书内容开始×××××××××××××××××
Issuer : SecureTrust CA
Subject : ABC Company
Valid from : 某个日期
Valid to: 某个日期
Public Key : 一串很长的数字
…… 其它的一些证书内容……
{证书的指纹和计算指纹所使用的指纹算法}[SecureTrust CA的私钥|RSA] //这个就是"SecureTrust CA"对这个证书的一个数字签名,表示这个证书确实是他发布的,有什么问题他会负责(收了我们1000块,出了问题肯定要负责任的)
×××××××××××××××证书内容结束×××××××××××××××××
// 记不记得前面的约定?{} 表示RSA加密后的内容,[ | ]表示用什么密钥和算法进行加密
我们"ABC Company"申请到这个证书后,我们把证书投入使用,我们在通信过程开始时会把证书发给对方,对方如何检查这个证书的确是合法的并且是我们"ABC Company"公司的证书呢?首先应用程序(对方通信用的程序,例如IE、OUTLook等)读取证书中的Issuer(发布机构)为"SecureTrust CA" ,然后会在操作系统中受信任的发布机构的证书中去找"SecureTrust CA"的证书,如果找不到,那说明证书的发布机构是个水货发布机构,证书可能有问题,程序会给出一个错误信息。 如果在系统中找到了"SecureTrust CA"的证书,那么应用程序就会从证书中取出"SecureTrust CA"的公钥,然后对我们"ABC Company"公司的证书里面的指纹和指纹算法用这个公钥进行解密,然后使用这个指纹算法计算"ABC Company"证书的指纹,将这个计算的指纹与放在证书中的指纹对比,如果一致,说明"ABC Company"的证书肯定没有被修改过并且证书是"SecureTrust CA" 发布的,证书中的公钥肯定是"ABC Company"的。对方然后就可以放心的使用这个公钥和我们"ABC Company"进行通信了。
★这个部分非常重要,一定要理解,您可以重新回顾一下之前的两章“1、基础知识”和“ 2、一个加密通信过程的演化”,然后再来理解这部分的内容。如果您把这节的内容看了几遍还没有搞懂证书的工作原理,您可以留言指出我没有说清楚的内容,我好方便进行修正。
文中首先解释了加密解密的一些基础知识和概念,然后通过一个加密通信过程的例子说明了加密算法的作用,以及数字证书的出现所起的作用。接着对数字证书做一个详细的解释,并讨论一下windows中数字证书的管理,最后演示使用makecert生成数字证书。如果发现文中有错误的地方,或者有什么地方说得不够清楚,欢迎指出!
1、基础知识
这部分内容主要解释一些概念和术语,最好是先理解这部分内容。
1.1、公钥密码体制(public-key cryptography)
公钥密码体制分为三个部分,公钥、私钥、加密解密算法,它的加密解密过程如下:
- 加密:通过加密算法和公钥对内容(或者说明文)进行加密,得到密文。加密过程需要用到公钥。
- 解密:通过解密算法和私钥对密文进行解密,得到明文。解密过程需要用到解密算法和私钥。注意,由公钥加密的内容,只能由私钥进行解密,也就是说,由公钥加密的内容,如果不知道私钥,是无法解密的。
公钥密码体制的公钥和算法都是公开的(这是为什么叫公钥密码体制的原因),私钥是保密的。大家都以使用公钥进行加密,但是只有私钥的持有者才能解密。在实际的使用中,有需要的人会生成一对公钥和私钥,把公钥发布出去给别人使用,自己保留私钥。
1.2、对称加密算法(symmetric key algorithms)
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。也就是说,加密和解密都是使用的同一个密钥。因此对称加密算法要保证安全性的话,密钥要做好保密,只能让使用的人知道,不能对外公开。这个和上面的公钥密码体制有所不同,公钥密码体制中加密是用公钥,解密使用私钥,而对称加密算法中,加密和解密都是使用同一个密钥,不区分公钥和私钥。
// 密钥,一般就是一个字符串或数字,在加密或者解密时传递给加密/解密算法。前面在公钥密码体制中说到的公钥、私钥就是密钥,公钥是加密使用的密钥,私钥是解密使用的密钥。
1.3、非对称加密算法(asymmetric key algorithms)
在非对称加密算法中,加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的。前面所说的公钥密码体制就是一种非对称加密算法,他的公钥和是私钥是不能相同的,也就是说加密使用的密钥和解密使用的密钥不同,因此它是一个非对称加密算法。
1.4、RSA简介
RSA是一种公钥密码体制,现在使用得很广泛。如果对RSA本身有兴趣的,后面看我有没有时间写个RSA的具体介绍。
RSA密码体制是一种公钥密码体制,公钥公开,私钥保密,它的加密解密算法是公开的。 由公钥加密的内容可以并且只能由私钥进行解密,并且由私钥加密的内容可以并且只能由公钥进行解密。也就是说,RSA的这一对公钥、私钥都可以用来加密和解密,并且一方加密的内容可以由并且只能由对方进行解密。
1.5、签名和加密
我们说加密,是指对某个内容加密,加密后的内容还可以通过解密进行还原。 比如我们把一封邮件进行加密,加密后的内容在网络上进行传输,接收者在收到后,通过解密可以还原邮件的真实内容。
这里主要解释一下签名,签名就是在信息的后面再加上一段内容,可以证明信息没有被修改过,怎么样可以达到这个效果呢?一般是对信息做一个hash计算得到一个hash值,注意,这个过程是不可逆的,也就是说无法通过hash值得出原来的信息内容。在把信息发送出去时,把这个hash值加密后做为一个签名和信息一起发出去。 接收方在收到信息后,会重新计算信息的hash值,并和信息所附带的hash值(解密后)进行对比,如果一致,就说明信息的内容没有被修改过,因为这里hash计算可以保证不同的内容一定会得到不同的hash值,所以只要内容一被修改,根据信息内容计算的hash值就会变化。当然,不怀好意的人也可以修改信息内容的同时也修改hash值,从而让它们可以相匹配,为了防止这种情况,hash值一般都会加密后(也就是签名)再和信息一起发送,以保证这个hash值不被修改。至于如何让别人可以解密这个签名,这个过程涉及到数字证书等概念,我们后面在说到数字证书时再详细说明,这里您先只需先理解签名的这个概念。
2、一个加密通信过程的演化
我们来看一个例子,现在假设“服务器”和“客户”要在网络上通信,并且他们打算使用RSA(参看前面的RSA简介)来对通信进行加密以保证谈话内容的安全。由于是使用RSA这种公钥密码体制,“服务器”需要对外发布公钥(算法不需要公布,RSA的算法大家都知道),自己留着私钥。“客户”通过某些途径拿到了“服务器”发布的公钥,客户并不知道私钥。“客户”具体是通过什么途径获取公钥的,我们后面再来说明,下面看一下双方如何进行保密的通信:
2.1 第一回合:
“客户”->“服务器”:你好
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器
“客户”->“服务器”:????
因为消息是在网络上传输的,有人可以冒充自己是“服务器”来向客户发送信息。例如上面的消息可以被黑客截获如下:
“客户”->“服务器”:你好
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器
“客户”->“黑客”:你好 // 黑客在“客户”和“服务器”之间的某个路由器上截获“客户”发给服务器的信息,然后自己冒充“服务器”
“黑客”->“客户”:你好,我是服务器
因此“客户”在接到消息后,并不能肯定这个消息就是由“服务器”发出的,某些“黑客”也可以冒充“服务器”发出这个消息。如何确定信息是由“服务器”发过来的呢?有一个解决方法,因为只有服务器有私钥,所以如果只要能够确认对方有私钥,那么对方就是“服务器”。因此通信过程可以改进为如下:
2.2 第二回合:
“客户”->“服务器”:你好
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器
“客户”->“服务器”:向我证明你就是服务器
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器 {你好,我是服务器}[私钥|RSA]
// 注意这里约定一下,{} 表示RSA加密后的内容,[ | ]表示用什么密钥和算法进行加密,后面的示例中都用这种表示方式,例如上面的 {你好,我是服务器}[私钥|RSA] 就表示用私钥对“你好,我是服务器”进行加密后的结果。
为了向“客户”证明自己是“服务器”, “服务器”把一个字符串用自己的私钥加密,把明文和加密后的密文一起发给“客户”。对于这里的例子来说,就是把字符串 “你好,我是服务器”和这个字符串用私钥加密后的内容 {你好,我是服务器}[私钥|RSA] 发给客户。
“客户”收到信息后,她用自己持有的公钥解密密文,和明文进行对比,如果一致,说明信息的确是由服务器发过来的。也就是说“客户”把 {你好,我是服务器}[私钥|RSA] 这个内容用公钥进行解密,然后和“你好,我是服务器”对比。因为由“服务器”用私钥加密后的内容,由并且只能由公钥进行解密,私钥只有“服务器”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“服务器”发过来的。
假设“黑客”想冒充“服务器”:
“黑客”->“客户”:你好,我是服务器
“客户”->“黑客”:向我证明你就是服务器
“黑客”->“客户”:你好,我是服务器 {你好,我是服务器}[???|RSA] //这里黑客无法冒充,因为他不知道私钥,无法用私钥加密某个字符串后发送给客户去验证。
“客户”->“黑客”:????
由于“黑客”没有“服务器”的私钥,因此它发送过去的内容,“客户”是无法通过服务器的公钥解密的,因此可以认定对方是个冒牌货!
到这里为止,“客户”就可以确认“服务器”的身份了,可以放心和“服务器”进行通信,但是这里有一个问题,通信的内容在网络上还是无法保密。为什么无法保密呢?通信过程不是可以用公钥、私钥加密吗?其实用RSA的私钥和公钥是不行的,我们来具体分析下过程,看下面的演示:
2.3 第三回合:
“客户”->“服务器”:你好
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器
“客户”->“服务器”:向我证明你就是服务器
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器 {你好,我是服务器}[私钥|RSA]
“客户”->“服务器”:{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]
“服务器”->“客户”:{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],这个是“服务器”用私钥加密后的内容,但是我们之前说了,公钥是发布出去的,因此所有的人都知道公钥,所以除了“客户”,其它的人也可以用公钥对{你的余额是100元}[私钥]
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