数字签名与数字证书技术简单介绍（一）

数字签名、数字证书等技术，是现代信息安全的核心技术，可谓使用面十分广泛。

其基本理论本身并不复杂，本文希望通过深入浅出的介绍，可以让大家有一些基本了解。

 

对称加密、非对称加密

让我们通过一个样例開始：我们的主角各自是Alice和Bob。如今如果Alice要给Bob发送一份文件，文件内容很机密。Alice不希望文件在发送的过程中被人截取而泄密。

这个时候。自然想到的方法就是对文件进行加密。

当然除了加密外，我们还须要让Bob可以解密。就像Alice对文件上了锁，为了让Bob可以解开。则Bob必须有钥匙来对文件解锁。在信息安全或password学中。我们将这样的钥匙称为密钥。密钥一般分为两种，对称密钥与非对称密钥：

 

对称密钥非常easy理解，如同Alice用一把钥匙将文件上锁。而Bob使用同样的钥匙就能够将文件解锁，即加密使用的密钥与解密使用的密钥是同样的。

眼下的对称密钥算法有DES、3DES、AES等。而密钥则通常是一串固定长度的字符。

例如以下，Bob和Alice事先已经约定，将使用DES算法，而且已经约定好使用的密钥。于是Alice使用这份密钥对文件进行了加密，并发送给Bob。Bob使用同样的密钥对文件解密就可以：

对称密钥算法的安全性还是很有保障的。拿DES算法举例，到眼下为止。除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外。还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着假设一台计算机的速度是每一秒钟检測一百万个密钥。则它搜索完所有密钥就须要将近2285年的时间。而3DES（3次DES操作）、AES算法的安全性则更高。由此可见，使用对称密钥对文件进行了加密，基本上不用太操心文件可能泄密。

 

眼下大部分的开发语言都有相应的数字加密模块。比如JAVA的JCE模块就能够调用简单的实现加解密。下面是一份JAVA代码样例：

package com.test.chiper;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class TestChiper {
	private static final BASE64Encoder base64En = new sun.misc.BASE64Encoder();
	private static final BASE64Decoder base64De = new sun.misc.BASE64Decoder();
	private static String AESKey="1234567890123456";
	
	public static String encrypt(String mText) throws Exception {
		SecretKeySpec secrekeysp = new SecretKeySpec(
				AESKey.getBytes(),"AES");
		java.security.Key key = (java.security.Key) secrekeysp;
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		cipher.init(javax.crypto.Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
		byte[] b = cipher.doFinal(mText.getBytes());
		return base64En.encode(b);
	}
	public static String decrypt(String mText) throws Exception {
		SecretKeySpec secrekeysp = new SecretKeySpec(
				AESKey.getBytes(),"AES");
		java.security.Key key = (java.security.Key) secrekeysp;
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		cipher.init(javax.crypto.Cipher.DECRYPT_MODE, key);
		byte[] b = cipher.doFinal(base64De.decodeBuffer(mText));
		return new String(b);
	}
　　}

前文提到的对称密钥算法，已经基本满足了Alice对于文件机密性的要求。

然而还是存在两个问题：

1、Alice与Bob彼此之间必须约定将使用的密钥。而这个约定的过程本身就可能存在泄密的风险；

2、假设除了Alice以外，还有Jessica、Eva、Mary等100位女士也须要向Bob发送文件。那么，Bob可能须要有100次约定密钥的过程。

由此可见，不管是安全性还是可用性上，对称密钥都是存在问题的。而两个问题则是必须解决的。

 

1976年，美国斯坦福大学的研究生Diffie和教授Hellman发表一个基于非对称密钥加密的想法，这个想法开创了password学的变革。

他们的想法事实上很easy，将密钥分为公钥（publicKey）和私钥（privateKey）两种。

公钥加密的内容，使用私钥能够解开。而私钥加密的内容，公钥能够解开。然而。单独的知道公钥或私钥，却没有办法推出还有一份密钥。

 

继续我们的样例：仍然是Alice须要与Bob发送一份绝密文件。在此之前。Bob生成了一对密钥：公钥和私钥。

Bob将公钥公布在了一个公共的密钥库中，而私钥则不正确外公开。仅Bob本人持有。例如以下图所看到的，Alice从公钥库中取出Bob的公钥。对文件进行加密。再发送给Bob。而Bob通过自己持有的私钥，就可以将文件解密：

通过非对称密钥，Bob不过将公钥发布。并没有和Alice约定密钥。

只知道公钥是没有办法推出私钥的，因此不用操心私钥泄密的问题。还有一反面，假设有jessica也想向Bob发送文件，仅须要从公钥库中取到Bob的公钥就可以，也不须要很多其它的密钥。

 

非对称密钥算法非常有效的攻克了安全性和可用性的问题，非对称密钥算法又称作“公开密钥加密算法”。我们常说的PKI（Public Key Infrastructure）则是建立在此技术之上的安全基础体系。

眼下使用最为广泛的非对称密钥为RSA算法，该算法是由三位算法发明者的姓氏开头字母命名而来。

因为非对称加密算法的复杂度更高，因此非对称加密的速度远没有对称加密算法快，甚至可能比对称加密慢上1000倍。

兴许文章将介绍非对称密钥算法的典型场景：数字签名