公钥私钥加密

上一篇 / 下一篇  2017-06-13 15:38:12 / 个人分类:public key

http://blog.csdn.net/ly131420/article/details/38400583
讲解非常透彻。

  1. 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
   2. server 和 client 通信过程
  •  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。
   3. client如何证明server的公钥就是server自己的公钥,而不是黑客发送过来的公钥
  •  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”“ 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:通过解密算法私钥密文进行解密,得到明文。解密过程需要用到解密算法私钥。注意,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)

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)

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]

      // 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“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{你的余额是100元}[私钥]

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