计算机网络知识--对称加密、非对称加密和数字证书详解
前言：SSL/TLS 与加密
HTTP：明文传输，不安全
HTTPS：HTTP + SSL/TLS → 安全传输
1️⃣ SSL/TLS 是什么
SSL（Secure Sockets Layer） 和 TLS（Transport Layer Security） 是网络安全协议。
作用：在客户端和服务器之间建立 安全通道，保证：
数据机密性（别人看不到传输内容）
数据完整性（防止篡改）
身份验证（确认服务器真实可信）
2️⃣ 使用的加密技术
技术 用途 说明 非对称加密（公钥/私钥） 握手阶段 用服务器公钥加密对称密钥，服务器用私钥解密 → 安全传输对称密钥 对称加密 数据传输阶段 用协商好的对称密钥加密数据 → 高效传输大量数据 数字证书 身份验证 服务器提供证书，浏览器验证合法性 → 确保公钥可信、防止冒充
3️⃣ HTTPS 通信流程概览
浏览器发起 HTTPS 请求 → 请求服务器证书
服务器返回证书（包含公钥 + 域名 + CA 签名）
浏览器验证证书合法性
浏览器生成 对称密钥，用服务器公钥加密发给服务器
服务器用私钥解密得到对称密钥 → 握手完成
双方使用对称密钥加密通信内容
4️⃣ 核心理解
HTTP：明文传输，不安全
HTTPS：HTTP + SSL/TLS → 安全传输
SSL/TLS 本身是 协议，不是单一加密算法
SSL/TLS 结合了非对称加密、对称加密和证书，形成完整安全方案
💡 记忆小技巧：
握手阶段 → 非对称加密 + 证书（安全交换对称密钥）
数据传输 → 对称加密（高速加密）
总体 → HTTPS = HTTP + SSL/TLS（安全可靠）
一、什么是加密
加密就是把 明文（可读的内容，比如“你好小明”）转换成 密文（一堆人看不懂的字符串）。
只有拥有对应密钥的人才能解密恢复原文。
二、对称加密(解决传输内容问题)
1. 定义
加密和解密用 同一个密钥。
你和小明共享一个密钥，谁拿到这个密钥都能加密也能解密。
2. 举例
假设密钥是
12345，
你用它把“你好小明”加密 → 得到密文。
小明收到后用同样的
12345解密 → 得到明文。3. 优缺点
✅ 优点：加密解密速度快，适合大量数据（如文件、视频）。
❌ 缺点：密钥分发困难。传输密钥时如果被别人截获，所有通信都会被破解。
三、非对称加密(解决传输内容问题)
1. 定义
使用 一对密钥：
公钥（public key）：可以公开给别人。
私钥（private key）：自己保密，不能泄露。
2. 工作方式
用 公钥加密 → 私钥解密
用 私钥加密 → 公钥解密(可能混淆，最准确的说法是私钥签名 → 公钥验签)
3. 举例
参与者：
小明、程程 两个用户
目标：
小明 给 程程 发送文件，确保 只有 程程 能解密 → 保密性
程程 能确认文件确实是小明发的 → 身份验证（防止伪造）
1️⃣ 传输前准备
小明 拿到 程程 的 公钥
程程 拿到 小明 的 公钥
小明、程程 各自保管自己的 私钥（绝对不能泄露）
2️⃣ 文件加密与发送（保密 + 签名）
假设 小明 要给 程程 发文件
file.txt：步骤：
（1）小明 对文件生成摘要（哈希）
小明 先对
file.txt计算哈希值（比如 SHA-256），得到一个固定长度的摘要hashA哈希值可以唯一代表文件内容，且长度短 → 提高签名效率
（2）小明 用 自己的私钥对摘要签名(这个就是上面的说的私钥签名 → 公钥验签)
signature = 私钥(小明).加密(hashA)这样 程程 拿到签名后可以验证文件确实是 小明 发的
（3）小明 用 程程的公钥加密文件(这个就是上面的说的公钥加密 → 私钥解密)
encryptedFile = 公钥(程程).加密(file.txt)这样即使其他人截获文件，也没法解密，因为 只有 程程 的私钥能解密
（4）小明 发送给 程程
发送内容包括：
加密后的文件
encryptedFile小明 的签名
signature
3️⃣ 程程 接收文件并处理
（1）程程 用自己的私钥解密文件
file.txt = 私钥(程程).解密(encryptedFile)这样确保只有 程程 能看到文件内容 → 保密性实现
（2）程程 验证文件来源（签名验证）
程程 用 小明 的公钥解密签名：
hashFromSignature = 公钥(小明).解密(signature)程程 计算刚解密的文件的哈希
hashB = SHA-256(file.txt)比较
hashFromSignature和hashB是否一致
一致 → 文件确实是 小明发的，未被篡改
不一致 → 文件可能被篡改或不是 小明 发的
4️⃣ 流程总结
步骤 小明 的操作 程程 的操作 用到的密钥 文件加密 用 程程 公钥 加密文件 用 程程 私钥 解密文件 保密性 签名 用 小明 私钥 对摘要签名 用 小明公钥 验证签名 身份验证 发送文件 发送 encryptedFile + signature接收并解密验证 同上 4. 优缺点
✅ 优点：解决了密钥分发问题，不用担心公钥被别人拿到。
❌ 缺点：加密解密速度比对称加密慢很多，不适合大量数据。四、数字证书(解决公钥问题)
1. 为什么需要证书？
有人可能伪造小明的公钥，冒充小明。
为了确认公钥是真的属于小明，就需要一个“权威机构”来担保，这就是 证书。
2. 数字证书内容
你在浏览器里访问
https://www.xiaoming.com时：
小明的服务器会把证书文件发给你（zhe）。
证书由 CA（证书颁发机构） 签发。
里面包含：
网站/用户的公钥
网站/用户的身份信息（域名、公司名）
CA 用私钥对这些信息的签名
3. 工作原理
你访问一个网站（比如
https://www.bank.com）。网站会把证书发给你。
你的浏览器会检查：
证书是不是由可信的 CA 签发？
证书中的公钥是否匹配网站？
验证通过 → 说明公钥可靠，可以安全通信。
五、CA（Certificate Authority，证书颁发机构）(解决公钥问题)
1、CA 是什么
CA（Certificate Authority，证书颁发机构）
它就像是网络世界里的“权威公证处”，专门负责发放和验证“身份证”（数字证书）。有了 CA 签发的证书，大家才能确信你拿到的某个人的 公钥是真的属于那个人的，而不是冒充的。
2、CA 也有公钥和私钥
CA 私钥：非常非常机密，只能 CA 自己保存。它用来给数字证书“盖章签名”。
保存在 CA 机构内部，严格保密，CA机构通过私钥来给别人签名产生证书
CA 公钥：是公开的，全世界的操作系统、浏览器都会内置这份公钥（就像内置了很多权威机构的印章）。
内置在全世界的操作系统、浏览器中，我们通过CA公钥来验签这个证书是否由CA机构发布
这样，任何人都可以用 CA 的公钥去验证证书上的签名，确保它是真的 CA 签发的，而不是别人伪造的。
3、数字证书是什么
证书是明文传输，不加密
数字证书其实就是一个“文件”，它包含了：
网站/个人的公钥（比如小明的公钥）
网站/个人的信息（域名、组织名等）
CA 对这些内容的签名（用 CA 私钥签的）
所以证书就像一张带公章的身份证：
公钥 = 身份证号码
网站信息 = 姓名、住址
CA 签名 = 公安局的盖章
4、为什么有 CA 就能保证小明的公钥正确？
举个例子：
👉 没有 CA 的情况
小明说：“这是我的公钥。”
你收到以后，根本不知道是不是黑客伪造的。
👉 有 CA 的情况(重点！！！！！！！！！！！！)
小明去找 CA，说：“帮我证明一下，这个公钥是我的。”
CA 审核小明身份（比如验证域名所有权、公司注册信息）。
CA 用 自己的私钥 对小明的公钥和信息做签名，生成一份 数字证书。
小明把这个证书发给你。
你用自己电脑里内置的 CA 公钥 验证这个证书的签名。
如果验证成功：说明证书确实是 CA 签发的，公钥就是小明的。
如果验证失败：说明证书是伪造的，不能信任。
所以：CA = 值得信任的第三方，帮你确认公钥确实属于小明。
六、对称加密 + 非对称加密的结合
实际应用中（比如 HTTPS 网站访问）：
双方先用 非对称加密 传输对称密钥（解决安全传输问题）。
然后再用 对称加密 进行数据传输（保证效率）。
👉 这样既安全又高效。
1、为什么要结合？
非对称加密：安全，但速度慢（比如 RSA 加密一个 1MB 的文件就要很久）。
对称加密：速度快，但密钥不好传（得先安全地把密钥送过去）。
👉 所以 HTTPS 里就用 非对称加密来传密钥，再用 对称加密来传数据。
2、实际例子：小明和小红通信
假设小明是服务器（网站），小红是用户（浏览器）。
①. 小红访问小明的网站
小红输入网址，比如
https://xiaoming.com。浏览器会先去拿到小明网站的 数字证书（里面有小明的 公钥，并且证书是由 CA 签过名的，所以能确认公钥是真的小明的）。
②. 小红生成“对称密钥”
小红浏览器随机生成一个临时的 对称密钥（比如 AES 密钥，随机字符串）。
这个密钥将用来加密之后的所有数据传输。
③. 用小明的公钥加密对称密钥
小红拿到小明的 公钥（在证书里），
用这个公钥把刚生成的“对称密钥”加密，发给小明。
④. 小明用自己的私钥解密
小明收到加密过的“对称密钥”，
用自己的 私钥 解密，得到真实的“对称密钥”。
⑤. 后续通信：对称加密
现在，小明和小红都知道这个“对称密钥”了（别人不知道）。
接下来，小明和小红之间的所有数据通信（网页内容、登录信息、图片等等），都用 对称加密（AES 之类的） 来处理。
3、具体流程总结
浏览器访问网站，拿到网站的证书（里面有公钥，且经 CA 认证是真的）。
浏览器生成随机对称密钥。
浏览器用网站公钥加密对称密钥 → 发送给服务器。
服务器用私钥解密 → 得到对称密钥。
之后双方都用这个对称密钥进行数据加密解密 → 安全又高效。
七、关系总结
对称加密：快，但要解决密钥传输问题。
非对称加密：解决了密钥传输问题，但速度慢。
数字证书：保证“公钥的真实性”，防止中间人冒充。
综合应用（比如 HTTPS）：
用证书确认网站身份 + 获取公钥；
用非对称加密安全传输对称密钥；
最终用对称加密进行大规模数据传输。
📌 一句话总结：
对称加密 → “同一把钥匙，快但不安全”
非对称加密 → “两把钥匙，安全但慢”
证书 → “公钥身份证，防伪造”
HTTPS → 三者结合，既安全又高效。