但我们都知道网络是不可信的，并且由于消息在网络中是明文传输的，所以黑客可以轻易的截获、篡改甚至冒充 Bob。
来，我们看看黑客 Eve 是怎么干的：
黑客窃听伪造 瞧，Eve 轻易的拿到了邮件内容 （窃听），并且修改了邮件内容 （篡改），甚至说他可以随时冒充 Bob 给 Alice 发送邮件 （伪装）。
如果上图中 Eve 伪造的内容被 Alice 接收到了，那么后果可想而知。
现实世界中，我们每天都在通过网络进行聊天、转账、浏览不存在网站。
如果都是这样明文传输数据，显然毫无安全感。
3.2 第二回合
既然我们不能明文传输，那么 Bob 和 Alice 提前商量好密钥，使用对称加密对邮件内容加密不就好了~
对称加密 现在 Bob 发送的邮件都使用和 Alice 提前商量好的密钥加密后再传输。
由于没有密钥，Eve 就算截获到数据也无法获取邮件的内容，也没法篡改和冒充 Bob。
因为篡改后的数据必须使用密钥再次加密 Alice 才能正确解密。
那么只要 Bob 和 Alice 能够保证 密钥不泄露，整个通信就是安全的。
如果密钥泄露，被中间人截获，那么就等同于明文通信。
所以我们不能把安全性寄托在人上面。
并且这里也存在一个问题，如果两个人不能线下见面， 如何在网上安全的交换密钥呢？
这似乎是无解的，因为交换密钥的时候我们必须明文通信，不然对方根本看不懂。但是明文交换即意味着可能泄露。
但是别忘了我们的密码学工具箱里还有一个好东西— 「非对称加密」。
Bob 和 Alice 各自生成一对公私钥，因为公钥本来就是公开的，即可以被任何人获取，所以可以通过网络明文交换公钥。
然后使用公钥加密邮件内容后发送给对方，接收者使用自己的私钥即可解密。完美~
3.3 第三回合
来看看，在非对称加密体系下，Bob 如何给 Alice 发消息的。
首先 Alice 需要先生成一对公私钥，私钥只能 Alice 自己知道，公钥是可以让任何人都知道的，因此可将公钥直接发送给 Bob，就算被截获也无所谓。
非对称加密 Bob 使用 Alice 的公钥加密邮件内容，加密后的内容只能由 Alice 的私钥解密，所以就算 Eve 截获也是徒劳。
反之，如果 Alice 想给 Bob 回信，就需要用 Bob 的公钥加密后发送。
这就解决了密钥交换问题，也保证了邮件内容不会泄露。也就是说现在可以防窃听。
3.4 如何证明 Bob 是 Bob
不知道你注意到没有，这里也存在另外一个问题： Eve 也可以使用 Alice 的公钥冒充 Bob 给 Alice 发邮件啊，因为 Alice 的公钥本来就是公开的，任何人都可以获得。
由于 Eve 也可以获得 Alice 公钥，所以没法防止 Eve 伪造和篡改，并且对于 Alice 而言，她无法分辨出邮件到底是 Eve 发的还是 Bob。
所以这个问题的本质就是 「Alice 如何确认邮件来自于 Bob」。
那么在生活中，我们如何做这件事呢？
那就是让 Bob 在纸上签名并且按手印，因为指纹和字迹是 Bob 独有的，其它人很难伪造。
所以我们需要在计算机中引入类似的机制： 即只有 Bob 自己能够产生的独一无二的标志，并且其它人能够验证这个标志确实是属于 Bob的。
这就是我们今天要讲的主题—「数字签名」。
还记得什么是 Bob 独有的吗？
对，就是 Bob 自己的私钥，Bob 用自己的私钥对邮件内容计算一个「签名」，将「签名」和邮件内容一起发送出去，接受者 Alice 可以使用 Bob 的公钥验证这个签名是否正确，这就叫「验签」。
如果不是 Bob 的私钥计算的签名，那么 Alice 用 Bob 公钥验签将会出错。
可以看到， Eve 试图使用自己的私钥计算签名然后发送给 Alice， 但是 Alice 使用 Bob的公钥进行验签时将会出错！
那么 Eve 可能篡改内容并冒充 Bob 的签名吗？不可能！因为内容发生改变时，对应的签名也需要重新计算，而签名的生成依赖于私钥，只要 Bob 的私钥不泄露，签名就不会被冒充。
啊啥？你说万一私钥泄露了怎么办？那就当我没说......
所以使用数字签名，我们能够鉴别消息的发送者，也就是说黑客无法伪装发送者进行发送数据，也无法篡改。
为什么「摘要」最好是不可逆转的？
因为既然 Alice 可以用 Bob 公钥解开签名，那么理论上其它人，比如 Eve 也可以使用 Bob 公钥解开签名拿到数据。
所以我们最好对数据的「摘要」进行签名，这样，Eve 就算解开签名，拿到的也是「摘要」，如果摘要是不可逆转的，也就是无法从摘要反推出原文，也就达到了保密的作用。
发送者使用私钥对「摘要」计算数字签名。那么接收者如何验证呢？
接受者 Alice 收到后，取下数字签名，同时用 Bob 的公钥解密，得到「摘要1」，证明确实是 Bob 发的。 ( 画外音：如果使用 Bob 的公钥验证签名出错，那么签名一定不是 Bob 的私钥生成的）
再对邮件内容使用相同的散列函数计算「摘要2」，与上面得到的「摘要1」进行对比，两者一致就说明信息未被篡改。
这样两步分证明发送者身份和保证数据未被篡改。
3.5 这就够了吗？
Bob 和 Alice 现在可以依赖于对称加密进行保密通信，也可以依赖于数字签名验证消息是否是对方发送的。 但是这一切的根基是建立在 Alice 持有的公钥确实是 Bob的，反之亦然。
什么意思呢？
试想，Eve 如果将自己的公钥冒充 Bob 发送给 Alice，然后 Alice 保存了下来，那以后凡是 Bob 发送的消息，反而会验证签名失败，被当做冒充者。那你可能会问，为什么 Eve 可以将自己的公钥发送给 Alice，而 Alice 毫不知情呢？
看！我们又回到了最初的起点，只不过这次被篡改的是公钥，之前是消息本身。
因为 Bob 的公钥是直接通过网络发送给 Alice的，所以 Eve 才可以在这一步做手脚，进行篡改，将自己的公钥冒充 Bob 发送给 Alice，也就是发送公钥这一步没有做到：
防篡改
防冒充
防篡改怎么和防冒充怎么实现的呢？
我们前面讲了，就是靠数字签名！但是数字签名需要接受者持有发送者公钥，才能进行验签。 而我们现在处理的是分发公钥这一步，所以.......死锁了。这像是先有鸡还是先有蛋的问题
现在的问题就是「Bob 无法证明它自己是 Bob」。
这个是不是似曾相识，以前去办事的时候经常被要求出具「我妈是我妈」这类证明。但是我们自己说“我妈就是我妈”，人家根本不会信呀，需要一个可信第三方出具证明，比如派出所。
那么「Alice 如何才能确认 Bob 发送给自己的公钥确实是 Bob 的，而没有被篡改？」
在只有 Alice 和 Bob 两人的情况下是没法验证的。
所以，我们这里也需要一个第三方帮 Bob证明 「Bob 的公钥就是 Bob 的公钥」，有点绕口令那感觉了~
看了这个描述，是不是感觉还是云里雾里，还是我用大白话来说吧~ 只要你理解了前面的数字签名，就能理解这里的数字证书，因为我把数字证书叫做「公钥的数字签名」。
为什么呢？我们引入数字证书的目的是为了保证公钥不被篡改，即使被篡改了也能识别出来。
而防篡改的方法就是数字签名，但是这个签名不能我们自己做，原因说过了，因为我们的公钥还没分发出去，别人无法验证。
所以只能找可信的第三方来帮我们签名，即证书颁布机构（CA），CA 会将：证书的颁布机构、有效期、公钥、持有者(subject)等信息用 CA 的私钥进行签名。
并且将签名结果和这些信息放在一起，这就叫做「数字证书」。
这样，Bob 就可以去 CA 申请一个证书，然后将自己的证书发给 Alice，那么 Alice 如何验证这个证书确实是 Bob的呢？
当然是使用 CA 的公钥进行验签。
注意：
CA 的公钥也是需要使用证书来分发的，所以 Alice 的电脑必须安装 CA 的证书，证书里包含了 CA 的公钥。
收到 Bob 发过来的数字证书后，Alice 使用 CA 的公钥进行验证，验证通过即证明这确实是 Bob 证书，也就可以使用证书中包含的 Bob 的公钥，按照之前讨论的流程进行通信。
那么 Eve 是否可以在中途篡改 Bob 的证书呢？
答案是不行，因为证书的信息使用 CA 的私钥进行签名，只要 Eve 修改了任何一个 Bit 都会导致最后签名验证不通过。
那 Eve 可不可以修改证书信息后自己重新计算一次证书的数字签名呢？
也不行，因为证书的数字签名计算依赖于 CA 的私钥，Eve 是拿不到 CA 的私钥的。
如果拿到了，说明什么？整个世界都是不可信的。
3.7 数字证书长啥样
这是我电脑中的自带的证书：
电脑自带证书 可以看到，包含了证书持有人的公钥和证书的签名。
另外，证书颁发机构是有层级关系的，下级 CA 的证书是需要由上级 CA 签名的。
换句话说一定存在根证书颁发机构，那么他们的证书是由谁签名的呢？
答案是自签，自己给自己认证。
这是我电脑中的一个自签的根证书颁发机构：
自签的根证书机构 为什么根证书可以自签，谁来保证安全？
你把钱存在银行，你会担心吗？我们基于对国家的信任，才信任银行，这就是信任链的基础！我们思考问题应该是分层的，如果不认可一个统一的基础，一直套娃下去，那么问题就无解。
那还有个问题，如何保证根证书的可靠性？这是操作系统和浏览器预装的，由微软、苹果等操作系统厂商来选择根证书。
发表于 2020-11-8 09:49:20
