数字签名与数字证书技术简介（一）

dinghxoebpinvw 2018-05-31

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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，能够让大家有一些基本了解。

对称加密、非对称加密

让我们通过一个例子开始：我们的主角分别是Alice和Bob。现在假设Alice要给Bob发送一份文件，文件内容非常机密。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，我们还需要让Bob能够解密。就像Alice对文件上了锁，为了让Bob能够解开，则Bob必须有钥匙来对文件解锁。在信息安全或密码学中，我们将这种钥匙称为密钥。密钥一般分为两种，对称密钥与非对称密钥：

对称密钥很容易理解，如同Alice用一把钥匙将文件上锁，而Bob使用相同的钥匙就可以将文件解锁，即加密使用的密钥与解密使用的密钥是相同的。目前的对称密钥算法有DES、3DES、AES等，而密钥则一般是一串固定长度的字符。

如下，Bob和Alice事先已经约定，将使用DES算法，并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使用相同的密钥对文件解密即可：

对称密钥算法的安全性还是非常有保障的。拿DES算法举例，到目前为止，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，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近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，基本上不用太担心文件可能泄密。

目前大部分的开发语言都有对应的数字加密模块，例如JAVA的JCE模块就可以调用简单的实现加解密。以下是一份JAVA代码例子：

[java] view plain copy

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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、如果除了Alice以外，还有Jessica、Eva、Mary等100位女士也需要向Bob发送文件。那么，Bob可能需要有100次约定密钥的过程。

由此可见，无论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，这个想法开创了密码学的变革。他们的想法其实非常简单，将密钥分为公钥（publicKey）和私钥（privateKey）两种。公钥加密的内容，使用私钥可以解开；而私钥加密的内容，公钥可以解开。然而，单独的知道公钥或私钥，却没有办法推出另一份密钥。

继续我们的例子：仍然是Alice需要与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将公钥发布在了一个公共的密钥库中，而私钥则不对外公开，仅Bob本人持有。如下图所示，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，即可将文件解密：