数字签名是什么?(HTTPS 原理)

转帖自:阮一峰:http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

原文链接:David Youd:http://www.youdzone.com/signature.html

今天,我读到一篇好文章。它用图片通俗易懂地解释了,”数字签名”(digital signature)和”数字证书”(digital certificate)到底是什么。

我对这些问题的理解,一直是模模糊糊的,很多细节搞不清楚。读完这篇文章后,发现思路一下子就理清了。为了加深记忆,我把文字和图片都翻译出来了。

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1.鲍勃有两把钥匙,一把是公钥,另一把是私钥。

2.鲍勃把公钥送给他的朋友们—-帕蒂、道格、苏珊—-每人一把。

3.苏珊要给鲍勃写一封保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密,就可以达到保密的效果。

4.鲍勃收信后,用私钥解密,就看到了信件内容。这里要强调的是,只要鲍勃的私钥不泄露,这封信就是安全的,即使落在别人手里,也无法解密。

5.鲍勃给苏珊回信,决定采用”数字签名”。他写完后先用Hash函数,生成信件的摘要(digest)。

6.然后,鲍勃使用私钥,对这个摘要加密,生成”数字签名”(signature)。

7.鲍勃将这个签名,附在信件下面,一起发给苏珊。

8.苏珊收信后,取下数字签名,用鲍勃的公钥解密,得到信件的摘要。由此证明,这封信确实是鲍勃发出的。

9.苏珊再对信件本身使用Hash函数,将得到的结果,与上一步得到的摘要进行对比。如果两者一致,就证明这封信未被修改过。

10.复杂的情况出现了。道格想欺骗苏珊,他偷偷使用了苏珊的电脑,用自己的公钥换走了鲍勃的公钥。此时,苏珊实际拥有的是道格的公钥,但是还以为这是鲍勃的公钥。因此,道格就可以冒充鲍勃,用自己的私钥做成”数字签名”,写信给苏珊,让苏珊用假的鲍勃公钥进行解密。

11.后来,苏珊感觉不对劲,发现自己无法确定公钥是否真的属于鲍勃。她想到了一个办法,要求鲍勃去找”证书中心”(certificate authority,简称CA),为公钥做认证。证书中心用自己的私钥,对鲍勃的公钥和一些相关信息一起加密,生成”数字证书”(Digital Certificate)。

12.鲍勃拿到数字证书以后,就可以放心了。以后再给苏珊写信,只要在签名的同时,再附上数字证书就行了。

13.苏珊收信后,用CA的公钥解开数字证书,就可以拿到鲍勃真实的公钥了,然后就能证明”数字签名”是否真的是鲍勃签的。

14.下面,我们看一个应用”数字证书”的实例:HTTPS 协议。这个协议主要用于网页加密。

15.首先,客户端向服务器发出加密请求。

16.服务器用自己的私钥加密网页以后,连同本身的数字证书,一起发送给客户端。证书包含以下信息:

  • 服务器公钥
  • 申请者的组织信息和个人信息
  • 签发机构 CA 的信息
  • 有效时间、证书序列号等信息的明文
  • 发行者的数字签名:使用散列函数计算公开的明文信息的信息摘要,然后采用 CA 的私钥对信息摘要进行加密,密文即签名

17.客户端(浏览器)的”证书管理器”,有”受信任的根证书颁发机构”列表。客户端会根据这张列表,查看解开数字证书的公钥是否在列表之内。同时验证证书合法性:

  • 证书是否过期
  • 签发机构 CA 是否可靠
  • 签发机构 CA 的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”
  • 证书上的域名和服务器的实际域名是否一致

18.如果数字证书记载的网址,与你正在浏览的网址不一致,就说明这张证书可能被冒用,浏览器会发出警告。

19.如果这张数字证书不是由受信任的机构颁发的,浏览器会发出另一种警告。

20.如果数字证书是可靠的,客户端就可以使用证书中的服务器公钥,对信息进行加密,然后与服务器交换加密信息。