数字签名与证书

1. 数字签名与证书

1. 摘要算法用来实现完整性，能够为数据生成独一无二的“指纹”，常用的算法是 SHA-2；
2. 数字签名是私钥对摘要的加密，可以由公钥解密后验证，实现身份认证和不可否认；
3. 公钥的分发需要使用数字证书，必须由 CA 的信任链来验证，否则就是不可信的；
4. 作为信任链的源头 CA 有时也会不可信，解决办法有 CRL（证书吊销列表）、OCSP（（在线证书状态协议），还有终止信任。

在机密性的基础上还必须加上完整性、身份认证等特性，才能实现真正的安全。

1.1. 摘要算法

实现完整性的手段主要是摘要算法（Digest Algorithm），也就是常说的散列函数、哈希函数（Hash Function）。

摘要算法近似地理解成一种特殊的压缩算法，它能够把任意长度的数据“压缩”成固定长度、而且独一无二的“摘要”字符串，就好像是给这段数据生成了一个数字“指纹”。

TLS推荐使用加密算法SHA-2。

SHA-2 实际上是一系列摘要算法的统称，总共有 6 种，常用的有 SHA224、SHA256、SHA384，分别能够生成 28 字节、32 字节、48 字节的摘要。

真正的完整性必须要建立在机密性之上，在混合加密系统里用会话密钥加密消息和摘要，叫哈希消息认证码（HMAC）。

1.2. 数字签名

私钥就是可以证明本人持有的东西，私钥 + 摘要算法实现数字签名， 同时实现，身份认证和不可否认。

数字签名的原理其实很简单，就是把公钥私钥的用法反过来，之前是公钥加密、私钥解密，现在是私钥加密、公钥解密。

数字签名的过程：

1. 创建消息摘要：发送者使用哈希函数（如SHA-256）生成消息的摘要，这是一个固定长度的字符串，代表了原始消息的内容。
2. 使用私钥进行加密：发送者使用自己的私钥对消息摘要进行加密，生成数字签名。
3. 发送消息和签名：发送者将原始消息和数字签名一起发送给接收者。
4. 验证签名：接收者使用发送者的公钥对数字签名进行解密，得到消息摘要。
5. 验证消息摘要：接收者生成接收到的消息的摘要。
6. 比较摘要：接收者比较接收到的摘要和用发送者公钥解密得到的摘要。如果两者相同，说明消息未被篡改。

1.3. 数字证书和 CA

为了解决“公钥的信任”问题。

谁都可以发布公钥，我们还缺少防止黑客伪造公钥的手段，也就是说，怎么来判断这个公钥就是你或者某宝的公钥呢？

数字证书和CA的用途：

数字证书是由权威CA（证书颁发机构）签发的电子凭证，用于验证实体（如网站、个人）身份的真实性，并绑定其公钥信息。它通过加密和签名确保数据传输的机密性、完整性和不可抵赖性。

CA作为受信任的第三方，负责审核证书申请、签发证书，并建立信任链，防止身份伪造，是互联网信任体系的核心基础。两者共同保障通信安全与身份可信。

Question：那客户端如何解密服务器发的加密消息呢？

简要流程如下：

1. 客户端发起请求（Client Hello）

• 浏览器发起 HTTPS 请求，告诉服务器自己支持哪些加密算法。
• 这个阶段还没有加密。

2. 服务器回应（Server Hello）

• 服务器选择加密算法。
• 并把自己的 数字证书（包含公钥） 发给客户端。

3. 客户端验证证书是否合法

• 用操作系统或浏览器内置的可信 CA 证书库验证服务器证书是否合法（比如看证书是不是被伪造的）。

4. 生成对称密钥（关键步骤）

• 客户端用服务器的“公钥”加密一个随机生成的“对称密钥”（也叫会话密钥）。
• 然后把这个加密后的密钥发送给服务器。

5. 服务器用私钥解密

• 服务器用自己保管的“私钥”解密这个密钥，拿到会话密钥。

6. 后续通信都用这个对称密钥加密

• 客户端和服务器都有了相同的“会话密钥”，后续通信（例如服务器返回的数据）就用这个密钥加密。
• 客户端收到加密数据后，用同一个密钥解密即可。