公钥、私钥、数字证书_解释

作者：David Youd

翻译：阮一峰  原文网址：

http://www.youdzone.com/signature.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html

其他扩展文章：

月光博客：为什么12306要安装根证书http://www.williamlong.info/archives/3461.html

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其他：

如何保证公钥不被篡改？

答：将公钥放在数字证书中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。

公钥加密计算量太大，如何减少耗用时间？

答：每一次对话（session），客户端和服务器都生成一个对话密钥（session key），用它来加密信息，由于“对话密钥”是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密“对话密钥”本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。

因此SSL/TLS协议的基本过程是：

1）客户端向服务器索要并验证公钥（握手阶段，明文）

2）双方协商生成“对话密钥”（握手阶段，明文）

3）双方采用“对话密钥”进行加密通信

握手阶段详解：

1）客户端发出请求（ClientHello）  并提供如下信息

a 支持的协议版本，例如TLS 1.0
b 客户端生成的随机数，用于生成“对话密钥”
c 支持的加密方法，例如RSA公钥加密
c 支持的压缩方法

2）服务器回应（SeverHello）    包括如下信息

a 确认使用的加密通信协议版本，如果客户端与服务器支持版本不一致，服务器关闭加密通信
b 服务器生成的随机数，用于生成“对话密钥”
c 确认使用的加密方法
d 服务器证书

3）客户端回应

客户端验证服务器证书，若证书问题，显示警告是否继续通信。

若证书安全，客户端从证书中提取公钥，向服务器发送如下信息：

a 随机数（用公钥加密，防止窃听）【第三个随机数，又称"pre-master key"，三个随机数+加密方法 生成session key】
b 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方协商的加密方法和密钥传输
c 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段结束，同时包括hash值，供服务器校验

4）服务器回应
服务器生成 session key ，并发送如下信息：

a 编码改变通知，随后的信息都将使用双方协商的加密方法和密钥传输
b 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段结束，同时包括hash值，供客户端校验

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1、鲍勃有两把钥匙：公钥和私钥

 
2、鲍勃把公钥送给朋友们：帕蒂、道格、苏珊，每人一把

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

 
4、鲍勃收到邮件后，用私钥解密，就可以看到邮件的内容。
（注意：只要鲍勃的私钥不泄露，这份邮件就是安全的，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，对这个摘要进行加密，生成“数字证书”(signature)

 
7、鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发送给苏珊

 
8、苏珊收件后，取下数字证书，使用鲍勃的公钥解密，得到邮件的摘要，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，说明邮件未被修改过

 
10、复杂情况：道格想欺骗苏珊，他偷偷使用苏珊的电脑，用自己的公钥替换鲍勃的私钥。
此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥。
因此，道格可以冒充鲍勃，用自己的私钥做成“数字证书”，写信给苏珊，让苏珊用假的鲍勃的公钥进行解密。

 
11、后来苏珊发觉不对劲，发现自己无法确定公钥是否属于鲍勃。
她想到一个办法：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、鲍勃拿到数字证书后，就可以放心给苏珊写信了，只要在签名的同时，附上数字证书即可。

 
13、苏珊收信后，用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到鲍勃的真实公钥，以此判断数字证书是否鲍勃的。

 
14、以HTTPS协议为例，了解数字证书的应用，主要用于web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后，连同本身的数字证书，一起发送给客户端

 
17、客户端的证书管理器，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。

 
18、如果数字证书记载的网址，与当前浏览的网址不一致，就说明该证书可能被毛用，浏览器发出警告。

 
19、如果这张证书不是由受信任的机构颁发的，浏览器就会发出另一种警告。

 
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总结：公钥和私钥是成对的，它们互相解密。
公钥加密，私钥解密。
私钥数字签名，公钥验证。