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)格來說是基于 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、對稱加密、非對稱加密、信息摘要、數(shù)字簽名、數(shù)字證書。接下來我會逐個解釋這些術(shù)語，文章里面提到的『數(shù)據(jù)』、『消息』都是同一個概念，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)證機構(gòu)

密碼

密碼學(xué)中的“密碼”術(shù)語與網(wǎng)站登錄時用的密碼(password)是不一樣的概念，password 翻譯過來其實是“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)，這套算法用于對消息進(jìn)行加密和解密，從明文到密文的過程稱之為加密，密文反過來生成明文稱之為解密，加密算法與解密算法合在一起稱為密碼算法。

密鑰

密鑰(key)是在使用密碼算法過程中輸入的一段參數(shù)。同一個明文在相同的密碼算法和不同的密鑰計算下會產(chǎn)生不同的密文。很多知名的密碼算法都是公開的，密鑰才是決定密文是否安全的重要參數(shù)，通常密鑰越長，破解的難度越大，比如一個 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，密碼可分為對稱加密和公鑰加密。

對稱加密

對稱密鑰(Symmetric-key algorithm)又稱為共享密鑰加密，加密和解密使用相同的密鑰。常見的對稱加密算法有 DES、3DES、AES、RC5、RC6。對稱密鑰的優(yōu)點是計算速度快，但是它有缺點，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問題。

Alice 給 Bob 發(fā)送數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)用對稱加密后發(fā)送給 Bob，發(fā)送過程中由于對數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密，因此即使有人竊取了數(shù)據(jù)也沒法破解，因為它不知道密鑰是什么。但是同樣的問題是 Bob 收到數(shù)據(jù)后也一籌莫展，因為它也不知道密鑰是什么，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)送明文沒什么區(qū)別了，因為一旦有人把密鑰和數(shù)據(jù)同時獲取了，密文就破解了。所以對稱加密的密鑰配是個問題。如何解決呢，公鑰加密是一個辦法。

公鑰加密

公開密鑰加密(public-key cryptography)簡稱公鑰加密，這套密碼算法包含配對的密鑰對，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。加密密鑰是公開的，任何人都可以獲取，因此加密密鑰又稱為公鑰(public key)，解密密鑰不能公開，只能自己使用，因此它又稱為私鑰(private key)。常見的公鑰加密算法有 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，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)送過程中即使被人竊取也沒關(guān)系

Alice 用公鑰把數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并發(fā)送給 Bob，發(fā)送過程中被人竊取了同樣沒關(guān)系，因為沒有配對的私鑰進(jìn)行解密是沒法破解的

Bob 用配對的私鑰解密。

雖然公鑰加密解決了密鑰配送的問題，但是你沒法確認(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，因為也有可能在 Bob 把公鑰發(fā)送給 Alice 的過程中出現(xiàn)中間人攻擊，把真實的公鑰掉包替換。而對于 Alice 來說完全不知。還有一個缺點是它的運行速度比對稱加密慢很多。

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，散列值又稱為消息摘要或者指紋(fingerprint)。這種算法是一個不可逆的算法，因此你沒法通過消息摘要反向推倒出消息是什么。所以它也稱為單向散列函數(shù)。下載軟件時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)對消息進(jìn)行運算，生成散列值，通常軟件提供方會同時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算出散列值，與官方提供的散列值對比，如果相同，說明該軟件是完成的，否則就是被人修改過了。常用的散列算法有 MD5、SHA。

下載 Eclipse 時，官方網(wǎng)站同時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，識別出數(shù)據(jù)是否被篡改，但它并不能識別出數(shù)據(jù)是不是偽裝的，因為中間人可以把數(shù)據(jù)和消息摘要同時替換，數(shù)據(jù)雖然是完整的，但真實數(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)消息來自正確的發(fā)送者)的技術(shù)，簡稱 MAC。消息認(rèn)證碼可以簡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，與本地計算得到 MAC 值對比，如果兩者相同，就說明消息是完整的，而且可以確定是 Alice 發(fā)送的，沒有中間人偽造。不過，消息認(rèn)證碼同樣會遇到對稱加密的密鑰配送問題，因此解決密鑰配送問題還是要采用公鑰加密的方式。

此外，消息認(rèn)證碼還有一個無法解決的問題，Bob 雖然可以識別出消息的篡改和偽裝，但是 Alice 可以否認(rèn)說：“我沒發(fā)消息，應(yīng)該是 Bob 的密鑰被 Attacker 盜取了，這是 Attacker 發(fā)的吧”。Alice 這么說你還真沒什么可以反駁的，那么如何防止 Alice 不承認(rèn)呢，數(shù)字簽名可以實現(xiàn)。

數(shù)字簽名

Alice 發(fā)郵件找 Bob 借 1 萬錢，因為郵件可以被人篡改(改成 10 萬)，也可以被偽造(Alice 根本就沒發(fā)郵件，而是 Attacker 偽造 Alice 在發(fā)郵件)，Alice 借了錢之后還可以不承認(rèn)(不是我借的，我沒有簽名啊)。

消息認(rèn)證碼可以解決篡改和偽造的問題，Alice 不承認(rèn)自己借了錢時，Bob 去找第三方機構(gòu)做公正，即使這樣，公正方也沒法判斷 Alice 有沒有真的借錢，因為他們倆共享了密鑰，也就是說兩個都可以計算出正確的 MAC 值，Bob 說：“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：“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)的問題，發(fā)送消息時，Alice 和 Bob 使用不同的密鑰，把公鑰加密算法反過來使用，發(fā)送者 Alice 使用私鑰對消息進(jìn)行簽名，而且只能是擁有私鑰的 Alice 可以對消息簽名，Bob 用配對的公鑰去驗證簽名，第三方機構(gòu)也可以用公鑰驗證簽名，如果驗證通過，說明消息一定是 Alice 發(fā)送的，抵賴也不行，因為你只有 Alice 可以生成簽名。這就防止了否認(rèn)的問題。

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。

第三步：對簽名進(jìn)行驗證，驗證的過程是先把消息提取出來做同樣的 Hash 處理，得到消息摘要，再與 Alice 傳過來的簽名用公鑰解密，如果兩者相等，就表示簽名驗證成功，否則驗證失敗，表示不是 Alice 發(fā)的。

公鑰證書

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?這個時候公鑰就應(yīng)該交給一個第三方權(quán)威機構(gòu)來管理，這個機構(gòu)就是認(rèn)證機構(gòu)(Certification Authority)CA，CA 把用戶的姓名、組織、郵箱地址等個人信息收集起來，還有此人的公鑰，并由 CA 提供數(shù)字簽名生成公鑰證書(Public-Key Certificate)PKC，簡稱證書。

Alice 向 Bob 發(fā)送消息時，是通過 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，而是由委托一個受信任的第三方機構(gòu)給的。

Bob 生成密鑰對，私鑰自己保管，公鑰交給認(rèn)證機構(gòu) Trent。

Trent 經(jīng)過一系列嚴(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，用自己的私鑰對 Bob 的公鑰進(jìn)行數(shù)字簽名并生成數(shù)字證書。證書中包含了 Bob 的公鑰。公鑰在這里是不需要加密的，因為任何人獲取 Bob 的公鑰都沒事，只要確定是 Bob 的公鑰就行。

Alice 獲取 Trent 提供的證書。

Alice 用 Trent 提供的公鑰對證書進(jìn)行簽名驗證，簽名驗證成功就表示證書中的公鑰是 Bob 的。

于是 Alice 就可以用 Bob 提供的公鑰對消息加密后發(fā)送給 Bob。

Bob 收到密文后，用與之配對的私鑰進(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)之上建立起來的。