SSL/TLS是一个密码学协议，它的目标并不仅仅是网页内容的加密传输。SSL/TLS的主要目标有四个：加密安全、互操作性、可扩展性和效率。对于安全性的保障，它还会从多个方面进行，包括机密性，真实性以及完整性。机密性是指，传输的内容不被除通信的双方外的第三方获取；真实性是指，通信的对端正是期待的对端，而不是其它第三方冒充的；完整性则是指，传输的数据是完整的，数据没有被篡改或丢失。为了平衡多种需求，SSL/TLS被设计为一个安全框架，其中可以应用多种不同的安全方案，每种方案都由多个复杂的密码学过程组成。不同的安全方案，在安全性和效率之间有着不同的取舍，并由不同的密码学过程组成。
在密码学上，非对称加密具有更高的安全性，同时计算复杂度更高，性能更差；而对称加密，则效率比较高，计算复杂度较低，但如果在通信过程中明文传输密钥，或将密钥以hard code的形式写在代码里，则安全隐患比较大。
从密码学过程的特性出发，整体来看，SSL/TLS连接是在会话协商阶段，通过 非对称加密 算法，如RSA、ECDHE等，完成身份验证，及后续用到的对称加密密钥的交换；在整个数据传输阶段，通过对称加密算法，如AES、3DES等，对传输的数据进行加密；通过数据散列算法，如SHA1、SHA256等，计算数据的散列值并随应用数据一起发送，以保证数据的完整性。
本文主要描述非对称加密的基本思想，及TLS的证书身份认证。
非对称加密
非对称加密 (asymmetric encryption) 又称为公钥加密 (public key cryptography)，是使用两个密钥，而不像对称加密那样使用一个密钥的加密方法；其中一个密钥是私密的，另一个是公开的。顾名思义，一个密钥用于非公开的私人的，另一个密钥将会被所有人共享。
非对称加密的两个密钥之间存在一些特殊的数学关系，使得密钥具备一些有用的特性。如果利用某人的公钥加密数据，那么只有他们对应的私钥能够解密。从另一方面讲，如果某人用私钥加密数据，任何人都可以利用对应的公钥解开消息。 后面这种操作不提供机密性，但可以用作数字签名。
非对称加密保护数据安全
盗用阮一峰老师的几幅图来说明，通过非对称加密保护数据安全的过程。
鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，另一把是私钥。
鲍勃把公钥送给他的朋友们----帕蒂、道格、苏珊----每人一把。
苏珊要给鲍勃写一封不希望别人看到的保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密，就可以达到保密的效果。
鲍勃收到信后，用私钥解密，就可以看到信件内容。
对于非对称加密，只要私钥不泄露，传输的数据就是安全的。即使数据被别人获取，也无法解密。
非对称加密的这些特性直击对称加密中只用一个密钥，而该密钥不方便传输、保存的痛点。它大大方便了大规模团体的安全通信，方便了安全通信在互联网中的应用。
非对称加密生成数字签名
数据的加密安全只是数据安全的一个方面，数据的真实性同样非常重要。经常可以看到这样的案例，骗子在同学参加四、六级考试的时候，给同学的家长打电话或发短信，声称自己是学校的辅导员，并表示同学病重急需用钱，要求家长汇钱，同学家长汇钱给骗子而遭受巨大损失的情况。这就是数据/信息真实性没有得到足够验证而产生的问题。
再比如，一个仿冒的taobao网站，域名与真实的网站非常相似。我们一不小心输错了域名，或域名被劫持而访问了这个仿冒的网站，然后像平常在taobao购物一样，选择宝贝，并付款，但最后却怎么也收不到货物。
现实世界中，常常会请消息的发送者在消息后面签上自己的名字，或者印章来证明消息的真实可靠性，如信件中的签名，合同中的印章等等。类似地，在虚拟的网络世界中，也会通过数字签名来确认数据的真实可靠性。数字签名依赖的主要算法也是非对称加密，生成数字签名主要是使用私钥加密 数据的散列摘要 来签名。
通过几幅图来说明这个过程。
鲍勃给苏珊回信，决定采用"数字签名"来证明自己的身份，表示自己对信件的内容负责。他写完后先用散列函数，生成信件的摘要 （digest）。
然后，鲍勃使用自己的私钥，对这个摘要加密，生成"数字签名"（signature）。
鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。
苏珊收到信后，取下数字签名，用鲍勃的公钥解密，得到信件的摘要。
苏珊再对信件本身应用散列函数，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，则证明这封信确实是鲍勃发出的，信件完整且未被篡改过。
如果鲍勃向苏珊借了钱，并用上面这样的过程写信给苏珊确认自己收到了钱，那么鲍勃就再也不能抵赖了——信件的末尾可是清清楚楚地签着鲍勃的大名呢。
如果我们的网络世界能像上图的过程那样，每个人都可以方便地获得可靠的公钥，那就太美好了。互联网上的网站成千上万，每个人都走到自己要访问的网站站长的办公室把网站的公钥拷走，或者网站站长挨个走到自己的目标用户家门口，把自己网站的公钥交给用户，那可就太麻烦，代价太大了。
公钥通常都是通过网络传输的。不怀好意的人，会试图干扰这个传输过程，将自己伪造的公钥发送给用户，进而破坏后续整个数据传输的安全性。如果用户拿到的是伪造的公钥，那签名也就形同虚设。
如道格想欺骗苏珊，他在鲍勃将公钥交给苏珊时拦住鲍勃，表示要替鲍勃转交。正好鲍勃有老板交待的其它重要事情要完成，于是就把自己的公钥交给道格请他帮忙转交。但道格把鲍勃的公钥丢进垃圾桶，而把自己的公钥交给了苏珊。此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥，但还以为这是鲍勃的。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。
证书
证书正是为了解决公钥的信任问题而引入。证书体系通过引入可信的第三机构，称为 证书签发机构（certificate authority，简称CA），为公钥做认证，来确保公钥的真实可靠。证书是经过了 CA 私钥签名的 证书持有者的公钥、身份信息及其它相关信息 的文件，用户通过 CA 的公钥解密获取证书中包含的 证书持有者 的公钥。只要 CA 的私钥保持机密，通过证书验证 证书持有者 的身份，及获取公钥的过程就可靠。
证书的工作过程
互联网PKI证书体系的结构如下图：
证书订阅人 ，也就是需要提供安全服务的人，向 证书中心 (CA) 的代理—— 登记机构 提交自己的公钥来申请证书。 登记机构 对 证书订阅人 的身份进行核实，然后向 证书中心 (CA) 提交 证书订阅人 的公钥及身份信息。 证书中心 (CA) 用自己的私钥，对 证书订阅人 的公钥、身份信息和其它一些相关信息进行加密，生成 "数字证书"（Digital Certificate） ，并发送给 登记机构。 登记机构 将证书发送给 证书订阅人 。 证书订阅人 将证书部署在Web服务器上。 信赖方，即安全服务的用户，维护 CA 根证书库，并在与Web服务器通信时，从服务器获得证书。 信赖方 用CA根证书验证接收到的证书的有效性，进而验证服务器的真实性。
同样通过几幅图来说明这个过程。
鲍勃去找证书签发机构，为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对鲍勃的公钥、身份信息和一些其它相关信息一起加密，生成"数字证书"（Digital Certificate）。
鲍勃拿到数字证书以后，就可以放心，以后再也没人能冒充自己了。再需要发送自己的公钥给朋友们时，只要把自己事先拿到的 数字证书 发送给朋友就可以了。需要写信给苏珊时，照常附上自己的数字签名即可。
苏珊收到信后，用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到鲍勃真实的公钥，然后就能证明"数字签名"是否真的是鲍勃签的。
证书里有什么
PKI证书是 抽象语法表示一 (Abstract syntax notation one, ASN.1) 表示， 基本编码规则 (base encoding rules, BER) 的一个子集 唯一编码规则 (distinguished encoding rules, DER) 编码的二进制文件。我们通常看到的证书则是DER使用Base64编码后的ASCII编码格式，即 PEM (Privacy-enhanced mail) 这种更容易发送、复制和粘贴的编码格式的纯文本文件。
证书里到底都有些什么呢？这里我们通过一个实际的证书来看一下。我们可以通过openssl解码数字证书，获得证书的可读形式：
$ openssl x509 -in chained.pem -text -nooutCertificate: Data: Version: 3 (0x2)
Serial Number: 03:5c:25:82:1d:c2:b2:2f:6f:73:39:48:9c:68:07:1b:48:2d
Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption Issuer: C=US, O=Let's Encrypt, CN=Let's Encrypt Authority X3
Validity
Not Before: Oct 25 01:12:00 2016 GMT
Not After : Jan 23 01:12:00 2017 GMT Subject: CN=www.wolfcstech.com
Subject Public Key Info:
Public Key Algorithm: rsaEncryption
Public-Key: (4096 bit)Modulus:
00:c3:92:70:78:ff:00:0a:22:c7:14:0b:3d:b3:26:
34:cb:37:63:26:1d:d6:42:7b:5c:ab:51:cc:f7:12:
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d1:44:95:ed:a2:f4:9d:ee:77:3c:2b:06:48:d9:18:
21:d1:ee:cf:5c:26:ad:c2:11:28:9c:27:65:11:94:
c4:1d:0f:5e:4c:4f:00:71:cf:5d:1f:40:4b:9a:5e:
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11:db:7e:02:65:14:6a:5d:4b:66:16:08:d4:ab:90:
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15:dc:56:51:45:f1:e7:19:d6:1c:95:2c:65:f7:34:
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Exponent: 65537 (0x10001)
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X509v3 Key Usage: critical
Digital Signature, Key Encipherment
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X509v3 Subject Key Identifier:
B8:27:0E:D4:47:BB:27:66:51:3B:E7:F9:8B:9C:48:2E:3D:FD:C8:97
X509v3 Authority Key Identifier:
keyid:A8:4A:6A:63:04:7D:DD:BA:E6:D1:39:B7:A6:45:65:EF:F3:A8:EC:A1
Authority Information Access:
OCSP - URI:http://ocsp.int-x3.letsencrypt.org/
CA Issuers - URI:http://cert.int-x3.letsencrypt.org/
X509v3 Subject Alternative Name:
DNS:wolfcstech.cn, DNS:wolfcstech.com, DNS:www.wolfcstech.cn, DNS:www.wolfcstech.com
X509v3 Certificate Policies:
Policy: 2.23.140.1.2.1
Policy: 1.3.6.1.4.1.44947.1.1.1
CPS: http://cps.letsencrypt.org
User Notice:
Explicit Text: This Certificate may only be relied upon by Relying Parties and only in accordance with the Certificate Policy found at https://letsencrypt.org/repository/
Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
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b4:11:9e:27
可以看到主要包含证书格式的版本号；证书的唯一的序列号；签名算法；颁发者的信息；证书的有效期；证书的使用者的信息、身份信息，在这里主要是几个域名；证书使用者的公钥等等。
Let's Encrypt证书申请
我们通过一个 Let's Encrypt 证书申请过程对证书做更多了解。 Let's Encrypt 是一个免费、自动化、开放的证书签发机构，目前它已得到了Mozilla，Chrome等的支持，发展十分迅猛。
证书申请
Let’s Encrypt 使用ACME协议验证申请人对域名的控制并签发证书。要获取Let’s Encrypt 证书，需使用ACME客户端进行。Let’s Encrypt 官方推荐 使用Certbot这个功能强大，灵活方便的工具，不过也可以使用其它的ACME客户端。
这里我们通过Certbot申请Let’s Encrypt证书。
Certbot安装
对于在Ubuntu 14.04平台上部署nginx提供Web服务的情况，应该使用 certbot-auto 来安装：
$ wget https://dl.eff.org/certbot-auto$ chmod a+x certbot-auto
certbot-auto 接收与 certbot 完全相同的标记；不带参数执行这个命令时，会自动安装依赖的所有东西，并更新工具本身。执行如下命令：
$ ./certbot-auto
相关阅读：非对称加密与证书（下篇）
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