数字签名与数字证书

数字签名与数字证书

本文旨在探讨数字签名以及数字证书在常见场景中的作用以及意义，这里先公布答案。数字签名是一种用于验证数据完整性和真实性的技术。通过数字签名，我们能够确认数据在传输过程中没有被篡改，并且确实来自于预期的发送者。数字证书是数字签名的应用之一，它包含了与证书主体相关的身份信息、公钥以及由证书颁发机构（CA）签发的数字签名。数字证书在建立安全连接和身份验证时发挥着至关重要的作用。

前置知识：

1. 熟悉对称密码体系与非对称密码体系的区别

• 非对称密码有公私钥之分，即可通过公钥加密，私钥解密（加密内容）。也可以通过私钥加密，公钥解密（生成数字签名）

2. 熟悉常见的哈希算法。

• 对称密码（Symmetric Cryptography）AES,DES
• 非对称密码（Asymmetric Cryptography）RSA,椭圆圆锥曲线
• 哈希函数（Hash Functions）MD5、SHA-1、SHA-256

场景一

我们以非对密码算法RSA为例，假设Bob生成一对秘钥（公钥，私钥），Alice要发送一个文件给Bob，文件的内容可能会被Eve窃听，因此，需要对文件的内容进行加密，即Alice通过公钥对文件加密后，将秘文发送给Bob，而手持私钥的Bob则可以对文件进行解密，这样就防止了文件被泄露的可能。

问题：由于秘钥中公钥是公开的，即所有人都可以获得，如果Eve自己也通过公钥对文件进行加密并发送给Bob，Bob无法判断这个文件的内容是否来自于Alice。

场景二

假设Alice生成一对秘钥（公钥，私钥），Alice要发送一个文件给Bob，Alice通过对文件进行哈希运算获取对应哈希值H，Alice用私钥对这个哈希值进行加密得到数字签名，Alice通过将文件与数字签名打包发送给Bob，那么Bob通过对文件进行哈希运算得到哈希值H，并通过公钥对数字签名进行解密得到原文，将原文与哈希值进行比对，即可判断文件的发送者是Alice。

问题：这个过程没有对文件进行加密，因此，文件的内容被暴露在通信过程中，窃听者Eve可以知道Alice发送给Bob的内容。

场景三

为了解决以上两个场景中存在的问题，Alice与Bob各自生成秘钥（公钥A，私钥A，公钥B，私钥B），这里还是假设Alice要发送文件给Bob，Alice通过用公钥B对文件进行加密，随后对加密后的文件内容进行哈希运算，得到哈希值，再用私钥A对哈希值进行加密得到该数字签名，随后Alice将加密文件与数字签名发送给Bob，Bob收到加密文件与数字签名后，Bob对加密文件进行哈希运算，并用公钥A对数字签名进行解密并与哈希值进行比对，如果一致，则证实该文件确实由Alice发送而来，随后用私钥B对文件进行解密，得到原文。
通过双方各自持有一套秘钥的操作，可以确保要发送的文件内容已加密，即使被窃听，Eve也无法知道文件内容，又保证了文件的发送者确实是Alice。

问题：如何确保秘钥中公钥的持有者就是指定的人呢？即公钥=Alice？如果Eve在一开始就冒充Alice生成一套秘钥，并与Bob进行通信，这该如何解决，由此我们将引入数字证书的概念。

场景四

我们将引入一个具备强大公信力的第三方CA（Certificate Authorization），该机构也有一套自己的秘钥体系，即（公钥，私钥）。Alice将自己的身份信息以及公钥发送CA机构，CA机构用私钥对这些内容的哈希值进行加密得到一个数字签名，将数字签名与Alice的身份信息以及Alice持有的公钥三者一体形成了数字证书，由此，当Alice向Bob发送自己的公钥时，会将数字证书发送给Bob，Bob通过公钥（CA机构的公钥）对其中的数字签名进行解密，与对应内容的哈希值进行比对，由此可以证实公钥的确来自于Alice。

问题：如何保证Bob持有的CA机构的公钥真的来自该机构呢？
通常，在安装操作系统时会形成一个根证书，这是无法修改的，直接在源头保证了公钥的真实性。（这也提醒我们，不要去安装盗版系统）。
上述场景仅为我个人想法，若有表达错误的地方，还望纠正。