什么是数字签名？什么是数字证书？密码学知识？

爱被打了一巴掌 2022-06-02 12:49 410阅读 0赞

阮一峰老师2011年的这篇文章很好，原文如下：

> 作者：阮一峰  
> 日期：2011年8月9日  
> 来源：[http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what\_is\_a\_digital\_signature.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_08_what_is_a_digital_signature.html]

今天，我读到一篇[好文章][Link 1]。

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。

文中涉及的密码学基本知识，可以参见我以前的笔记。

PS：笔记如下

> **密码学笔记**  
>   
> 1. 加密方法可以分为两大类。一类是单钥加密（private key cryptography），还有一类叫做双钥加密（public key cryptography）。前者的加密和解密过程都用同一套密码，后者的加密和解密过程用的是两套密码。  
>   
> 历史上，人类传统的加密方法都是前一种，比如二战期间德军用的Enigma电报密码。莫尔斯电码也可以看作是一种私钥加密方法。  
>   
> 2. 在单钥加密的情况下，密钥只有一把，所以密钥的保存变得很重要。一旦密钥泄漏，密码也就被破解。  
>   
> 3. 在双钥加密的情况下，密钥有两把，一把是公开的公钥，还有一把是不公开的私钥。  
>   
> 双钥加密的原理如下：  
> a) 公钥和私钥是一一对应的关系，有一把公钥就必然有一把与之对应的、独一无二的私钥，反之亦成立。  
> b) 所有的（公钥, 私钥）对都是不同的。  
> c) 用公钥可以解开私钥加密的信息，反之亦成立。  
> d) 同时生成公钥和私钥应该相对比较容易，但是从公钥推算出私钥，应该是很困难或者是不可能的。  
>   
> 4. 目前，通用的单钥加密算法为DES（Data Encryption Standard），通用的双钥加密算法为RSA（ Rivest-Shamir-Adleman），都产生于上个世纪70年代。  
>   
> 5. 在双钥体系中，**公钥用来加密信息，私钥用来数字签名**。  
>   
> 6. 因为任何人都可以生成自己的（公钥，私钥）对，所以为了防止有人散布伪造的公钥骗取信任，就需要一个可靠的第三方机构来生成经过认证的（公钥，私钥）对。目前，世界上最主要的数字服务认证商是位于美国加州的Verisign公司，它的主要业务就是分发RSA数字证书。

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数字签名是什么？

作者：David Youd

翻译：阮一峰

原文网址：[http://www.youdzone.com/signature.html][Link 1]

1、  
![这里写图片描述][SouthEast]

鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，另一把是私钥。

2、  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
鲍勃把公钥送给他的朋友们—-帕蒂、道格、苏珊—-每人一把。

3、  
![这里写图片描述][SouthEast 2]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 3]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 4]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 5]  
然后，鲍勃使用私钥，对这个摘要加密，生成”数字签名”（signature）。

7、  
![这里写图片描述][SouthEast 6]  
鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。

8、  
![这里写图片描述][SouthEast 7]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 8]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 9]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 10]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 11]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 12]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 13]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 14]  
首先，客户端向服务器发出加密请求。

16、  
![这里写图片描述][SouthEast 15]  
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。

17、  
![这里写图片描述][SouthEast 16]  
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。

18、  
![这里写图片描述][SouthEast 17]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 18]  
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、  
![这里写图片描述][SouthEast 19]  
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。

（完）

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更多相关资料，可以看看下面的：

*  [什么是数字签名和证书？][Link 2]
 *  知乎问答：[数字签名、数字证书、SSL、https是什么关系？][SSL_https]
 *  [数字签名和哈希函数][Link 3]

[http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_08_what_is_a_digital_signature.html]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
[Link 1]: http://www.youdzone.com/signature.html
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[Link 3]: http://www.cfca.com.cn/20150811/101230821.html