数字签名原理简介（附数字证书）

首先要了解什么叫对称加密和非对称加密，消息摘要这些知识。

1. 非对称加密

在通信双方，如果使用非对称加密，一般遵从这样的原则：公钥加密，私钥解密。同时，一般一个密钥加密，另一个密钥就可以解密。

因为公钥是公开的，如果用来解密，那么就很容易被不必要的人解密消息。因此，私钥也可以认为是个人身份的证明。

如果通信双方需要互发消息，那么应该建立两套非对称加密的机制（即两对公私钥密钥对），发消息的一方使用对方的公钥进行加密，接收消息的一方使用自己的私钥解密。

2.消息摘要

消息摘要可以将消息哈希转换成一个固定长度的值唯一的字符串。值唯一的意思是不同的消息转换的摘要是不同的，并且能够确保唯一。该过程不可逆，即不能通过摘要反推明文（似乎SHA1已经可以被破解了，SHA2还没有。一般认为不可破解，或者破解需要耗费太多时间，性价比低）。

利用这一特性，可以验证消息的完整性。

消息摘要通常用在数字签名中，下面介绍用法。

了解基础知识之后，就可以看一下数字签名和数字证书了。

3.数字签名

假设现在有通信双方A和B，两者之间使用两套非对称加密机制。

现在A向B发消息。

那么，如果在发送过程中，有人修改了里面密文消息，B拿到的密文，解密之后得到明文，并非A所发送的，信息不正确。

要解决两个问题：1. A的身份认证 2. A发送的消息完整性 那么就要用到上面所讲的基础知识。

数字签名的过程如下图：

简单解释：

A：将明文进行摘要运算后得到摘要（消息完整性），再将摘要用A的私钥加密（身份认证），得到数字签名，将密文和数字签名一块发给B。

B：收到A的消息后，先将密文用自己的私钥解密，得到明文。将数字签名用A的公钥进行解密后，得到正确的摘要（解密成功说明A的身份被认证了）。

对明文进行摘要运算，得到实际收到的摘要，将两份摘要进行对比，如果一致，说明消息没有被篡改（消息完整性）。

疑问：

摘要使用A的私钥加密，如果被拥有A的公钥的第三者截获，不就可以获取到摘要了么？会不会对安全造成威胁。

不会。因为摘要是不可逆推出原文的。

4.数字证书

理解了数字签名之后，数字证书就好理解了。

由于网络上通信的双方可能都不认识对方，那么就需要第三者来介绍，这就是数字证书。

数字证书由Certificate Authority( CA 认证中心)颁发。

关于数字证书的具体描述，需要百度，目前未完全理解。记一个TODO。

图解如下：

首先A B双方要互相信任对方证书。//TODO

然后就可以进行通信了，与上面的数字签名相似。不同的是，使用了对称加密。这是因为，非对称加密在解密过程中，消耗的时间远远超过对称加密。如果密文很长，那么效率就比较低下了。但密钥一般不会特别长，对对称加密的密钥的加解密可以提高效率。

一.什么是数字证书？

　　数字证书是一种权威性的电子文档。它提供了一种在Internet上验证您身份的方式，其作用类似于司机的驾驶执照或日常生活中的身份证。它是由一个由权威机构----CA证书授权(Certificate Authority)中心发行的，人们可以在互联网交往中用它来识别对方的身份。当然在数字证书认证的过程中，证书认证中心（CA）作为权威的、公正的、 可信赖的第三方，其作用是至关重要的。

　　Ok，知道什么是数字证书后，先看看它长的什么样吧:>，文件缩略图如下：

　　双击后打开如下：

二.CA认证机构/CA认证中心

　　1.CA认证中心是什么？

　　CA认证中心是负责签发，管理，认证数字证书的机构，是基于国际互联网平台建立的一个公正，权威，可信赖的第三方组织机构。

　　2.世界上的CA认证中心不止一间，那他们之间的关系是什么(CA认证中心之间的关系)？

　　嗯，回答这个问题之前可以先看看下图：

　　从图中可以看到，CA认证中心之间是一个树状结构，根CA认证中心可以授权多个二级的CA认证中心，同理二级CA认证中心也可以授权多个3级的CA认证中心...如果你是数字证书申请人(比如说：交通银行)，你可以向根CA认证中心，或者二级，三级的CA认证中心申请数字证书，这是没有限制的，当你成功申请后，你就称为了数字证书所有人。值得注意的是，根CA认证中心是有多个的，也就是说会有多棵这样的结构树。FireFox里面默认记录了一些根CA认证机构的信息，如图：

　　看到这里，肯定有人会问，如果有现在新的根CA认证机构成立，FireFox肯定是没有这个CA认证中心的信息的(这些信息是用来验证子CA认证机构的，很重要，后面来会讲到)，那怎么办呢？嗯～～确实，如果今天2009-1-8日突然在哪里成立一个新的CA认证中心，我FireFox里面肯定没有他的信息的！但解决办法还是有的，看上图，可以找到一个"Import"按钮，当我们遇到这样的倒霉事时，只有自己去下载并导入根CA认证中心信息了(其实这样做是不太安全的！)，或者期望FireFox的升级会升级这些信息，但这个我是不确定的。

　　3.为什么CA认证中心是权威的？

　　其实搞清楚这个问题后，你也会真正了解“CA认证中心是如何授权子CA认证中心的？”，“为什么伪造的数字证书是无效的”，“为什么数字证书是一种权威性的电子文档”等等一系列的问题。并且SSL可以说是建立在CA认证中心的权威，公正，可信赖的基础上的，如果CA认证中心的信息可以被伪造的，那么SSL的一切就完了......

　　首先，我们先来看看，在FireFox里记录的CA认证中心的信息到底是什么东西？？见上图，单击某项，Export导出....你会看到导出的东西很面熟，原来就是数字证书！！

　　实际上每个CA认证中心/数字证书所有人，他们都有一个数字证书，和属于自己的RSA公钥和密钥，这些是他们的父CA认证中心给他们颁发的，这里先大概解释一下RSA，RSA是一种非对称加密的算法，它的公钥和密钥是配对的，如果用公钥加密，用私钥解密就可以得到明文；如果用私钥加密，用公钥解密也可以得到原来的明文，这由RSA特性决定，他效果可以用下图概括：

　　对于私钥：CA认证中心/数字证书所有人自己保存，不公开。

　　对于公钥：CA认证中心/数字证书所有人会把公钥存在他的CA认证中心的数字证书内。

　　(1).首先，CA认证中心/数字证书所有人，它在网络上的表现形式只能是一张数字证书！所以我们可以把某张数字证书等价于某个CA认证中心/数字证书所有人。这样的话，验证数字证书的合法性就可以确定CA认证中心/数字证书所有人是否是合法的！！！

　　(2).数字证书使用数字签名作验证！这里简单说明一下数字签名的过程：你从Firefox/IE导出的数字证书包含3个部分：证书内容(F)，加密算法(A)，F加密密文(F‘) (数字证书结构会在第三部分详细介绍)，在这里，A不是一个算法，而是两个，所以密文F‘是F两次加密后的结果。

　　首先，F会被散列算法SHA1计算出hash值h1（称为128bit的摘要），然后h1会被发布这个数字签名的CA认证机构的用私钥进行RSA加密，注意：是发布这个数字签名的CA认证机构，如果现在被加密的数字证书是属于二级CA认证机构的，那么用来加密这个证书的私钥是根CA认证机构的私钥！！RAS加密完后，就形成密文F‘。

　　当你要验证这个数字证书可信/合法性时，你需要找到你的上一层CA认证中心的数字证书，并且从中获取公钥，把数据证书中的密文F‘进行RSA解密，如果得出的值h2和h1比较（h1可以立即用数据证书中的F现场算出来），如果相等，则认为证书是可信的，合法的！由于你是不可能知道上一层CA认证中心的私钥，所以你无法伪造一个可以用上一层CA认证中心公钥解密的数字证书！！

　　详细流程图如下：

　　　由于一个数字证书基于上层的数字证书作验证，那上层的数字证书又是否合法呢？？这就会出现一直递归上去的现象，事实也是这样的，验证一个证书是否合法，需要验证到他的最顶层的根证书是否合法！从其他的文章弄来的这幅图很好地表达了这个思想：

　　这里肯定又有人会问，那么最顶层的CA认证中心如何证明它的合法性呢？.......呵～这就是为什么FireFox要预先把一些最顶层（这里的"最顶层"和"根"是同一个概念）的CA认证中心的证书加入到权威信任列表中了，因为，最顶层CA认证中心没有办法证明，所以，最顶层的CA认证中心是总是受信任的！！而事实上，最顶层的CA认证中心在是世界上也是为数不多的。这里大家应该了解为什么我刚才说自己导入根CA证书是不太安全的，因为你无法验证。

三.数字证书的组成

　　可以先看看我从Firefox的证书截图：

　　1.Certificate(证书)：

　　 (1).Common Name(证书所有人姓名，简称CN，其实就是证书的名字，如第一幅图看到的：ABA.ECOMRoot....)

　　 (2).Version(版本，现在一般是V3了)

　　 (3).Issuer(发证机关)

　　 (4).Validity(有效日期)

　　 (5).Subject(证书信息，你会发现它和Issuer里面的内容是一样的)

　　 (6).Subject‘s Public Key Info(证书所有人公钥，刚才所说的公钥就是这个!)

　　 (7).Extension(扩展信息)

　　 (8).Certificate Signature Algorithm(公钥加密算法)、

 　　 以上这几项就是上面所说的证书内容(F)。　

　　2.Certificate Signature Algorithm:

　　  这是描述证书的加密算法，就是上所说的加密算法(A)，看它的Fireld Value，一般会写：PKCS #1 SHA-1 With RSA Encryption

　　3.Certificate Signature Value:

　　　这记录的是证书被加密后的结果，相当于上面说讲的F‘。

四.数字证书的验证

　　要回答数字证书是如何验证的，首先要知道数字证书是要验证些什么东西:>，数字证书的验证，上面已经讲了一些，这做一个总结：

　　1.可信性验证/合法性验证：这个刚才已经说的很明白了吧:>

　　2.完整性验证：在验证可信性的过程中，h1和h2的比较，其实已经顺便验证其完整性了。

　　3.有效性验证：比如验证它的Vilidity值，看是否过期...

五.参考资料：

1.http://baike.baidu.com/view/204415.htm

2.http://finance.sina.com.cn/money/roll/20080401/00404692291.shtml

3.http://blog.csdn.net/sfdev/archive/2008/03/12/2174305.aspx

4.http://man.chinaunix.net/develop/rfc/RFC2313.txt

5.http://www.zhlmmc.com/diary/14554

原文链接：http://www.cnblogs.com/SirSmith/p/4985571.html

http://www.cnblogs.com/hyddd/archive/2009/01/07/1371292.html

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