我终于搞懂了 数字签名 和 数字证书!

👨‍🏫 考点:数字签名,数字证书

⭐️ 数字签名的概念、原理

--- title: 明文传输 --- graph LR subgraph server [B] B(["响应正文"]) end subgraph browser [A] A(["请求正文"]) end browser -- 请求 --> server server -- 响应 --> browser

假设现在 A 和 B 互相通信,A 会遇到这么几个问题:

问题一:请求正文被人偷看了怎么办?

问题二:如何确定响应正文是 B 回复的,而不是 C?

问题三:响应正文被 C 篡改了怎么办?

这个时候就需要加密通信的内容了,非对称加密中,会有私钥和公钥,他们有如下特点:

  • 私钥加密的内容,只有公钥才能解开,同样地,公钥加密的内容,只有私钥才能解开
  • 公钥是公开的,任意人都可以拿到

现在 A 持有公钥,B 持有私钥:

--- title: 加密传输 --- graph LR subgraph server [B] B(["私钥🔑 + 响应正文 → 加密内容"]) end subgraph browser [A] A(["公钥🔑 + 请求正文 → 加密内容"]) end browser -- 请求 --> server server -- 响应 --> browser

😭 假设 C 截获 A 请求的加密内容,由于没有私钥,所以无法确定解开内容。 问题一被解决 ❌

😈 但是,如果 C 截获 B 响应的加密内容,C 持有公钥,就能解开并篡改该内容。问题二和问题三还没有被解决

此时 B 需要给响应正文加上签名。

1️⃣ 响应正文 + Hash 算法 🚜 → 摘要

生成的摘要是一段短的乱码,比如:Hk9yfy1nGXdhi06EDvvTvd/Lq1xsFjxoSYkWm8MmAkkqYXZLraSEzyxxxu4c,只要正文不变,摘要也就不变

2️⃣ 摘要 + 私钥 🔑 → 签名

摘要本身很短,加密之后的签名也会更短

3️⃣ 签名 + 响应正文 → 返回给 A

4️⃣ A 摘要 + 公钥 🔑 → 原摘要

5️⃣ 响应正文 + Hash 算法 🚜 → 新摘要

6️⃣ 对比 原摘要和新摘要

匹配成功,证明响应正文没有被篡改过,解决问题三 ❌

graph LR subgraph 签名过程 direction RL subgraph server [B] direction TB A(["响应正文 + Hash 算法 🚜 → 摘要"])-->B B(["摘要 + 私钥 🔑 → 签名"]) --> C(["签名 + 响应正文"]) end subgraph browser [A] direction TB D(["A 摘要 + 公钥 🔑"]) --> E E(["响应正文 + Hash 算法 🚜 → 新摘要"]) --> F(["对比 原摘要和新摘要"]) end server -- 响应 --> browser end

⭐️ 数字证书的概念、原理

可以看到,上述过程中,只解决了内容没有被篡改(即问题一和问题三),但是没有解决内容确实来自于 B(问题二),因为 C 也可以自己生成一对私钥和公钥,让 A 去验证整个解密过程。

如何确定响应正文来自于私钥拥有者,这就涉及到了数字证书:

1️⃣ 私钥拥有者,必然是公钥的拥有者,证明公钥拥有者,也就是间接证明了私钥拥有者

2️⃣ B 把公钥和个人信息发送给证书机构(Certification Authority)

3️⃣ CA 机构颁发一个证书,证书包含 B 的公钥和个人信息

4️⃣ B 把公钥分发到互联网上,也就是验证了 B 公钥来源的可靠性

graph TB subgraph ca [数字证书生成过程] direction TB A(["B 生成公钥🔑 + 私钥🔑"])-->B(["B 的公钥 🔑 + 个人信息"]) B--发送-->C(["CA 机构生成数字证书,包含公钥🔑 + B个人信息"]) C --> D(["数字证书 🥇"]) end E(["A 获取数字证书,证明 B 可靠性"])-->D

问题二解决 ❌

🌟 加分点 新的问题产生了,如何确定数字证书不是 C 伪造的?

首先 CA 机构也会维护自己的公钥 🔑 + 私钥 🔑

其次,证书上除了 B 的公钥和个人信息,还有加上 CA 机构对其的数字签名。

B 用 CA 机构的公钥就可以验证数字证书的可靠性

🌟 加分点 又是新的问题,如何证明 CA 机构公钥不是 C 伪造的?

这看起来又回到了原点,目前的方案是证书链+预装根证书

证书链: CA 机构证书是一个树形结构,下层证书的验证依靠上层。

graph TB A(根证书)-->B(证书) A-->C(证书) B-->D(证书) B-->E(证书) C-->F(证书) C-->G(证书) D-->H(...) E-->I(...) F-->J(...) G-->K(...)

预装根证书:一些操作系统、浏览器或者应用程序在出厂的时候,会预先安装根证书,这些证书会被认为是可信的,也就是信任的终点,走出验证的死循环。

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