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

假设现在【胡歌】和【刘亦菲】互相通信，【胡歌】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【刘亦菲】回复的，而不是第三人【蔡徐坤】？

问题三：响应正文被第三人【蔡徐坤】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：

现在【胡歌】持有公钥，【刘亦菲】持有私钥：

😭 假设【蔡徐坤】截获【胡歌】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【蔡徐坤】截获【刘亦菲】响应的加密内容，【蔡徐坤】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【刘亦菲】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【胡歌】

4️⃣ 【胡歌】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 ❌

⭐️ 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【刘亦菲】（问题二），因为【蔡徐坤】也可以自己生成一对私钥和公钥，让【胡歌】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 【刘亦菲】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【刘亦菲】的公钥和个人信息

4️⃣ 【刘亦菲】把证书分发到互联网上，也就是验证了【刘亦菲】公钥来源的可靠性

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【蔡徐坤】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【刘亦菲】的公钥和个人信息，还有加上 CA 机构对其的数字签名。

【刘亦菲】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【蔡徐坤】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。

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。

🌟 加分点真正的 HTTPS 通信

上述流程只是为了讲解简化，真正的 HTTPS 通信其实是这样的：

1️⃣ 客户端 Hello：【胡歌】发送“Client Hello”，其中包括：

2️⃣ 服务端 Hello：【刘亦菲】响应“Server Hello”

3️⃣ 服务器证书：【刘亦菲】发送 CA 证书（其中包含公钥 + 【刘亦菲】的信息）

4️⃣ 密钥交换：【胡歌】验证【刘亦菲】的证书。如果有效，生成一个“预主密钥”（Pre-Master Secret）并用公钥加密，发送给【刘亦菲】。

5️⃣ 会话密钥生成：【胡歌】、【刘亦菲】通过 Pre-Master Secret +Client Random+Server Random，独立地计算出会话密钥。

6️⃣ 加密通信：【胡歌】、【刘亦菲】使用会话密钥进行对称性加密通话，而不是公钥 or 私钥。