網(wǎng)絡(luò)加密解密，HTTPS讓互聯(lián)網(wǎng)更安全。HTTPS 是建立在密碼學(xué)基礎(chǔ)之上的一種安全通信協(xié)議，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是基于 HTTP 協(xié)議和 SSL/TLS 的組合。理解 HTTPS 之前有必要弄清楚一些密碼學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)概念，比如：明文、密文、密碼、密鑰、對(duì)稱(chēng)加密、非對(duì)稱(chēng)加密、信息摘要、數(shù)字簽名、數(shù)字證書(shū)。接下來(lái)我會(huì)逐個(gè)解釋這些術(shù)語(yǔ)，文章里面提到的『數(shù)據(jù)』、『消息』都是同一個(gè)概念，表示用戶之間通信的內(nèi)容載體，此外文章中提到了以下幾個(gè)角色：
Alice：消息發(fā)送者
Bob：消息接收者
Attacker：中間攻擊者
Trent：第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)
密碼
密碼學(xué)中的“密碼”術(shù)語(yǔ)與網(wǎng)站登錄時(shí)用的密碼(password)是不一樣的概念，password 翻譯過(guò)來(lái)其實(shí)是“口令”，它是用于認(rèn)證用途的一組文本字符串。
而密碼學(xué)中的密碼(cipher)是一套算法(algorithm)，這套算法用于對(duì)消息進(jìn)行加密和解密，從明文到密文的過(guò)程稱(chēng)之為加密，密文反過(guò)來(lái)生成明文稱(chēng)之為解密，加密算法與解密算法合在一起稱(chēng)為密碼算法。
密鑰
密鑰(key)是在使用密碼算法過(guò)程中輸入的一段參數(shù)。同一個(gè)明文在相同的密碼算法和不同的密鑰計(jì)算下會(huì)產(chǎn)生不同的密文。很多知名的密碼算法都是公開(kāi)的，密鑰才是決定密文是否安全的重要參數(shù)，通常密鑰越長(zhǎng)，破解的難度越大，比如一個(gè) 8 位的密鑰最多有 256 種情況，使用窮舉法，能非常輕易的破解。根據(jù)密鑰的使用方法，密碼可分為對(duì)稱(chēng)加密和公鑰加密。
對(duì)稱(chēng)加密
對(duì)稱(chēng)密鑰(Symmetric-key algorithm)又稱(chēng)為共享密鑰加密，加密和解密使用相同的密鑰。常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法有 DES、3DES、AES、RC5、RC6。對(duì)稱(chēng)密鑰的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，但是它有缺點(diǎn)，接收者需要發(fā)送者告知密鑰才能解密，因此密鑰如何安全的發(fā)送給接收者成為了一個(gè)問(wèn)題。
Alice 給 Bob 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)用對(duì)稱(chēng)加密后發(fā)送給 Bob，發(fā)送過(guò)程中由于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密，因此即使有人竊取了數(shù)據(jù)也沒(méi)法破解，因?yàn)樗恢烂荑�是什么。但是同樣的問(wèn)題是 Bob 收到數(shù)據(jù)后也一籌莫展，因?yàn)樗膊恢烂荑�是什么，那么 Alice 是不是可以把數(shù)據(jù)和密鑰一同發(fā)給 Bob 呢。當(dāng)然不行，一旦把密鑰和密鑰一起發(fā)送的話，那就跟發(fā)送明文沒(méi)什么區(qū)別了，因?yàn)橐坏┯腥税衙荑�和數(shù)據(jù)同時(shí)獲取了，密文就破解了。所以對(duì)稱(chēng)加密的密鑰配是個(gè)問(wèn)題。如何解決呢，公鑰加密是一個(gè)辦法。
公鑰加密
公開(kāi)密鑰加密(public-key cryptography)簡(jiǎn)稱(chēng)公鑰加密，這套密碼算法包含配對(duì)的密鑰對(duì)，分為加密密鑰和解密密鑰。發(fā)送者用加密密鑰進(jìn)行加密，接收者用解密密鑰進(jìn)行解密。加密密鑰是公開(kāi)的，任何人都可以獲取，因此加密密鑰又稱(chēng)為公鑰(public key)，解密密鑰不能公開(kāi)，只能自己使用，因此它又稱(chēng)為私鑰(private key)。常見(jiàn)的公鑰加密算法有 RSA。
還是以 Alice 給 Bob 發(fā)送數(shù)據(jù)為例，公鑰加密算法由接收者 Bob 發(fā)起
Bob 生成公鑰和私鑰對(duì)，私鑰自己保存，不能透露給任何人。
Bob 把公鑰發(fā)送給 Alice，發(fā)送過(guò)程中即使被人竊取也沒(méi)關(guān)系
Alice 用公鑰把數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并發(fā)送給 Bob，發(fā)送過(guò)程中被人竊取了同樣沒(méi)關(guān)系，因?yàn)闆](méi)有配對(duì)的私鑰進(jìn)行解密是沒(méi)法破解的
Bob 用配對(duì)的私鑰解密。
雖然公鑰加密解決了密鑰配送的問(wèn)題，但是你沒(méi)法確認(rèn)公鑰是不是合法的，Bob 發(fā)送的公鑰你不能肯定真的是 Bob 發(fā)的，因?yàn)橐灿锌赡茉?Bob 把公鑰發(fā)送給 Alice 的過(guò)程中出現(xiàn)中間人攻擊，把真實(shí)的公鑰掉包替換。而對(duì)于 Alice 來(lái)說(shuō)完全不知。還有一個(gè)缺點(diǎn)是它的運(yùn)行速度比對(duì)稱(chēng)加密慢很多。
消息摘要
消息摘要(message digest)函數(shù)是一種用于判斷數(shù)據(jù)完整性的算法，也稱(chēng)為散列函數(shù)或哈希函數(shù)，函數(shù)返回的值叫散列值，散列值又稱(chēng)為消息摘要或者指紋(fingerprint)。這種算法是一個(gè)不可逆的算法，因此你沒(méi)法通過(guò)消息摘要反向推倒出消息是什么。所以它也稱(chēng)為單向散列函數(shù)。下載軟件時(shí)如何確定是官方提供的完整版呢，如果有中間人在軟件里面嵌入了病毒，你也不得而知。所以我們可以使用散列函數(shù)對(duì)消息進(jìn)行運(yùn)算，生成散列值，通常軟件提供方會(huì)同時(shí)提供軟件的下載地址和軟件的散列值，用戶把軟件下載后在本地用相同的散列算法計(jì)算出散列值，與官方提供的散列值對(duì)比，如果相同，說(shuō)明該軟件是完成的，否則就是被人修改過(guò)了。常用的散列算法有 MD5、SHA。
下載 Eclipse 時(shí)，官方網(wǎng)站同時(shí)提供了軟件地址和消息摘要
散列函數(shù)可以保證數(shù)據(jù)的完整性，識(shí)別出數(shù)據(jù)是否被篡改，但它并不能識(shí)別出數(shù)據(jù)是不是偽裝的，因?yàn)橹虚g人可以把數(shù)據(jù)和消息摘要同時(shí)替換，數(shù)據(jù)雖然是完整的，但真實(shí)數(shù)據(jù)被掉包了，接收者收到的并不是發(fā)送者發(fā)的，而是中間人的。消息認(rèn)證是解決數(shù)據(jù)真實(shí)性的辦法。認(rèn)證使用的技術(shù)有消息認(rèn)證碼和數(shù)字簽名。
消息認(rèn)證碼
消息認(rèn)證碼(message authentication code)是一種可以確認(rèn)消息完整性并進(jìn)行認(rèn)證(消息認(rèn)證是指確認(rèn)消息來(lái)自正確的發(fā)送者)的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng) MAC。消息認(rèn)證碼可以簡(jiǎn)單理解為一種與密鑰相關(guān)的單向散列函數(shù)。
Alice 給 Bob 發(fā)送消息前，先把共享密鑰(key)發(fā)送給 Bob，Alice 把消息計(jì)算出 MAC 值，連同消息一起發(fā)送給 Bob，Bob 接收到消息和 MAC 值后，與本地計(jì)算得到 MAC 值對(duì)比，如果兩者相同，就說(shuō)明消息是完整的，而且可以確定是 Alice 發(fā)送的，沒(méi)有中間人偽造。不過(guò)，消息認(rèn)證碼同樣會(huì)遇到對(duì)稱(chēng)加密的密鑰配送問(wèn)題，因此解決密鑰配送問(wèn)題還是要采用公鑰加密的方式。
此外，消息認(rèn)證碼還有一個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題，Bob 雖然可以識(shí)別出消息的篡改和偽裝，但是 Alice 可以否認(rèn)說(shuō)：“我沒(méi)發(fā)消息，應(yīng)該是 Bob 的密鑰被 Attacker 盜取了，這是 Attacker 發(fā)的吧”。Alice 這么說(shuō)你還真沒(méi)什么可以反駁的，那么如何防止 Alice 不承認(rèn)呢，數(shù)字簽名可以實(shí)現(xiàn)。
數(shù)字簽名
Alice 發(fā)郵件找 Bob 借 1 萬(wàn)錢(qián)，因?yàn)猷]件可以被人篡改(改成 10 萬(wàn))，也可以被偽造(Alice 根本就沒(méi)發(fā)郵件，而是 Attacker 偽造 Alice 在發(fā)郵件)，Alice 借了錢(qián)之后還可以不承認(rèn)(不是我借的，我沒(méi)有簽名啊)。
消息認(rèn)證碼可以解決篡改和偽造的問(wèn)題，Alice 不承認(rèn)自己借了錢(qián)時(shí)，Bob 去找第三方機(jī)構(gòu)做公正，即使這樣，公正方也沒(méi)法判斷 Alice 有沒(méi)有真的借錢(qián)，因?yàn)樗麄儌z共享了密鑰，也就是說(shuō)兩個(gè)都可以計(jì)算出正確的 MAC 值，Bob 說(shuō)：“明明你發(fā)的消息和 MAC 值和我自己生成的 MAC 值一樣，肯定是你發(fā)的消息”，Alice 說(shuō)：“你把密鑰透露給了其他人，是他發(fā)的郵件，你找他去吧”。Alice 矢口否認(rèn)。
數(shù)字簽名(Digital Signature)就可以解決否認(rèn)的問(wèn)題，發(fā)送消息時(shí)，Alice 和 Bob 使用不同的密鑰，把公鑰加密算法反過(guò)來(lái)使用，發(fā)送者 Alice 使用私鑰對(duì)消息進(jìn)行簽名，而且只能是擁有私鑰的 Alice 可以對(duì)消息簽名，Bob 用配對(duì)的公鑰去驗(yàn)證簽名，第三方機(jī)構(gòu)也可以用公鑰驗(yàn)證簽名，如果驗(yàn)證通過(guò)，說(shuō)明消息一定是 Alice 發(fā)送的，抵賴(lài)也不行，因?yàn)槟阒挥?Alice 可以生成簽名。這就防止了否認(rèn)的問(wèn)題。
它的流程是:
第一步：發(fā)送者 Alice 把消息哈希函數(shù)處理生成消息摘要，摘要信息使用私鑰加密之后生成簽名，連同消息一起發(fā)送給接收者 Bob。
第二步：數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，Bob 收到數(shù)據(jù)后，把簽名和消息分別提取出來(lái)。
第三步：對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證的過(guò)程是先把消息提取出來(lái)做同樣的 Hash 處理，得到消息摘要，再與 Alice 傳過(guò)來(lái)的簽名用公鑰解密，如果兩者相等，就表示簽名驗(yàn)證成功，否則驗(yàn)證失敗，表示不是 Alice 發(fā)的。
公鑰證書(shū)
公鑰密碼在數(shù)字簽名技術(shù)里面扮演舉足輕重的角色，但是如何保證公鑰是合法的呢，如果是遭到中間人攻擊，掉包怎么辦?這個(gè)時(shí)候公鑰就應(yīng)該交給一個(gè)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)來(lái)管理，這個(gè)機(jī)構(gòu)就是認(rèn)證機(jī)構(gòu)(Certification Authority)CA，CA 把用戶的姓名、組織、郵箱地址等個(gè)人信息收集起來(lái)，還有此人的公鑰，并由 CA 提供數(shù)字簽名生成公鑰證書(shū)(Public-Key Certificate)PKC，簡(jiǎn)稱(chēng)證書(shū)。
Alice 向 Bob 發(fā)送消息時(shí)，是通過(guò) Bob 提供的公鑰加密后的數(shù)據(jù)，而 Alice 獲取的公鑰并不是由 Bob 直接給的，而是由委托一個(gè)受信任的第三方機(jī)構(gòu)給的。
Bob 生成密鑰對(duì)，私鑰自己保管，公鑰交給認(rèn)證機(jī)構(gòu) Trent。
Trent 經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)格的檢查確認(rèn)公鑰是 Bob 本人的
Trent 事先也生成自己的一套密鑰對(duì)，用自己的私鑰對(duì) Bob 的公鑰進(jìn)行數(shù)字簽名并生成數(shù)字證書(shū)。證書(shū)中包含了 Bob 的公鑰。公鑰在這里是不需要加密的，因?yàn)槿魏稳双@取 Bob 的公鑰都沒(méi)事，只要確定是 Bob 的公鑰就行。
Alice 獲取 Trent 提供的證書(shū)。
Alice 用 Trent 提供的公鑰對(duì)證書(shū)進(jìn)行簽名驗(yàn)證，簽名驗(yàn)證成功就表示證書(shū)中的公鑰是 Bob 的。
于是 Alice 就可以用 Bob 提供的公鑰對(duì)消息加密后發(fā)送給 Bob。
Bob 收到密文后，用與之配對(duì)的私鑰進(jìn)行解密。
至此，一套比較完善的數(shù)據(jù)傳輸方案就完成了。HTTPS(SSL/TLS)就是在這樣一套流程基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的。
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