加解密和签名验签简述

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一. 数字加密算法

• 数字加密算法中，通常可划分为对称加密和非对称加密。

1. 对称加密

1. 概念：加密和解密使用同一个密钥，所以叫做对称加密。
2. 常见的对称加密算法：DES，AES。
   

2. 非对称加密

1. 概念：加密和解密使用两个的密钥，一把作为公开的公钥（Public Key），另一把作为私钥（Private Key）。因为加密和解密使用的不是同一把密钥，所以这种算法称为非对称加密算法。
   • 公钥和私钥成对存在，通常【公钥加密，私钥解密】；
   • 公钥是基于私钥而存在的。通过私钥经过一系列算法是可以推导出公钥，但无法通过公钥反向推倒出私钥。
2. 常见的非对称加密算法：RSA，ECC。

3. 对称加密和非对称加密的区别

1. 对称加密：加解密效率高。但在非安全信道中通讯时，密钥交换的安全性不能保障。
2. 非对称加密：加解密效率低，但可以保证密钥安全性。
3. 通常在实际的网络环境中，会将两者混合使用。两者混合使用的示例如下：

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二. 使用keytool生成证书

1. 创建证书

1. 新建文件夹：/xxx/keytool_study
2. 创建证书，并存放到密钥库中：使用keytool命令

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -genkeypair -alias “test1” -keyalg “RSA” -keystore “test.keystore”

• 说明
  • 两次输入密码时，第一次输入的是密钥库(keystore)的密码，第二次输入的是证书条目的密码
  • 命令含义：创建一个别名为test1的证书条目，该条目存放在名为test.keystore的密钥库中，若test.keystore密钥库不存在则创建。
  • 命令的参数说明：
    • -genkeypair：生成一对非对称密钥;
    • -alias：指定密钥对的别名，该别名是公开的;
    • -keyalg：指定加密算法，本例中的采用通用的RAS加密算法;
    • -keystore:密钥库的路径及名称。如果不指定，默认在操作系统的用户目录下生成一个".keystore"的文件
• 执行结果

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -genkeypair -alias "test1" -keyalg "RSA" -keystore "test.keystore"
输入密钥库口令:  
再次输入新口令: 
您的名字与姓氏是什么?
  [Unknown]:  zijikanwa
您的组织单位名称是什么?
  [Unknown]:  alihealth.com    
您的组织名称是什么?
  [Unknown]:  alihealth
您所在的城市或区域名称是什么?
  [Unknown]:  beijing
您所在的省/市/自治区名称是什么?
  [Unknown]:  beijing
该单位的双字母国家/地区代码是什么?
  [Unknown]:  cn
CN=zijikanwa, OU=alihealth.com, O=alihealth, L=beijing, ST=beijing, C=cn是否正确?
  [否]:  y

输入 <test1> 的密钥口令
	(如果和密钥库口令相同, 按回车):  
再次输入新口令: 

2. 查看密钥库

• 命令说明：查看名为test.keystore的密钥库中的证书条目

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -list -keystore test.keystore

2.1 keytool -list 命令

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -list -keystore test.keystore
输入密钥库口令:  
密钥库类型: JKS
密钥库提供方: SUN

您的密钥库包含 1 个条目

test1, 2020-5-18, PrivateKeyEntry, 
证书指纹 (SHA1): 6D:B8:E6:E5:E5:2D:D0:5B:AF:5B:16:4D:5E:05:6B:C7:21:DD:D1:6A

2.2 keytool -list -v 命令

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -list -v -keystore test.keystore

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -list -v -keystore test.keystore
输入密钥库口令:  
密钥库类型: JKS
密钥库提供方: SUN

您的密钥库包含 1 个条目

别名: test1
创建日期: 2020-5-18
条目类型: PrivateKeyEntry
证书链长度: 1
证书[1]:
所有者: CN=zijikanwa, OU=alihealth.com, O=alihealth, L=beijing, ST=beijing, C=cn
发布者: CN=zijikanwa, OU=alihealth.com, O=alihealth, L=beijing, ST=beijing, C=cn
序列号: 5a0e9666
有效期为 Mon May 18 14:53:09 CST 2020 至 Sun Aug 16 14:53:09 CST 2020
证书指纹:
	 MD5:  6B:2D:30:CA:D0:C9:22:6C:2E:88:6A:4D:02:E2:58:FB
	 SHA1: 6D:B8:E6:E5:E5:2D:D0:5B:AF:5B:16:4D:5E:05:6B:C7:21:DD:D1:6A
	 SHA256: B9:20:43:76:D3:2A:17:BC:82:79:C5:CF:9F:56:49:E5:68:3E:75:9A:CF:0A:D5:A8:8C:AC:FD:54:3C:E0:AD:A5
签名算法名称: SHA256withRSA
主体公共密钥算法: 2048 位 RSA 密钥
版本: 3

3. 将密钥库中的证书条目导出到证书文件

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -export -alias test1 -file test.crt -keystore test.keystore
命令含义：将名为test.keystore的证书库中别名为test1的证书条目导出到证书文件test.crt中

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -export -alias test1 -file test.crt -keystore test.keystore
输入密钥库口令:  
存储在文件 <test.crt> 中的证书

4. 查看证书文件test.crt的信息

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -printcert -file “test.crt”
命令含义：查看证书文件test.crt的信息

zijikanwa-mac:keytool_study zijikanwa$ keytool -printcert -file "test.crt"
所有者: CN=zijikanwa, OU=alihealth.com, O=alihealth, L=beijing, ST=beijing, C=cn
发布者: CN=zijikanwa, OU=alihealth.com, O=alihealth, L=beijing, ST=beijing, C=cn
序列号: 5a0e9666
有效期为 Mon May 18 14:53:09 CST 2020 至 Sun Aug 16 14:53:09 CST 2020
证书指纹:
	 MD5:  6B:2D:30:CA:D0:C9:22:6C:2E:88:6A:4D:02:E2:58:FB
	 SHA1: 6D:B8:E6:E5:E5:2D:D0:5B:AF:5B:16:4D:5E:05:6B:C7:21:DD:D1:6A
	 SHA256: B9:20:43:76:D3:2A:17:BC:82:79:C5:CF:9F:56:49:E5:68:3E:75:9A:CF:0A:D5:A8:8C:AC:FD:54:3C:E0:AD:A5
签名算法名称: SHA256withRSA
主体公共密钥算法: 2048 位 RSA 密钥
版本: 3

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三. 加解密和签名验签的实现逻辑

• 概述流程图
  

1. CA机构和被发证书者的沟通

1. CA公钥：验证证书时使用
2. CA根证书（或中级证书）为ca.cer
   
3. 验证证书是否合法的步骤
   1. 证书是否是合法CA机构颁发。
   2. 证书有效期（一般是一年）。
   3. 证书是否在黑名单吊销列表里。

• 服务端B生成密钥对，并CA注册公钥，生成server.cer证书；
• 服务端B发送server.cer证书到安卓端A，A会验证B证书的有效性，才会取出B的公钥，做后续其他处理。
  

2. 加密

• 加密：防止数据泄露。
• 加密解密流程：公钥加密，私钥解密
  

3. 签名验签

1. 签名验签的作用：比如A给B发送数据（B<–A），则签名验签是用来让B验证给他发消息的是A。
2. 签名的常见方案

1. 对加密后的密文（用私钥）进行签名。
2. 对密文选取部分内容进行签名。
3. 对keys（即对key做非对称加密后的结果）和部分密文进行签名。

1. 签名验签流程：私钥签名，公钥验签。
   

2. 常见场景：网银验证用户身份（银行B<–用户A）

3. 单向认证 & 双向认证

1. 单向认证：服务端有证书，客户端没有证书。
   1. 保证我的客户端只能访问自己信任的服务器；
   2. 不能保证我们的服务器只能被我们自己的客户端访问。
      
2. 双向认证：银行（银行需要验证用户身份，用户也需要验证银行身份）。
   

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四. HTTPS的流程

HTTPS采用非对称加密+对称加密算法

1. 客户端（如浏览器）请求一个url，比如https://baidu.com。
2. server端收到请求后，把自己的公钥通过数字证书的方式传给客户端。
   • 公钥不能直接传：直接传不安全。
3. 客户端收到证书后，首先验证证书的合法性（使用CA公钥验证）。
4. 如果证书合法，client会产生一个密钥key，利用刚刚拿到的server公钥对该密钥key进行加密，然后将加密后的密钥keys传给server。
5. server端拿到该密钥keys之后，使用自己的私钥进行解密，即可得到client的密钥key。
6. server端将client要的内容使用key进行加密，然后传给client。
7. client拿到内容后使用key进行解密，同时展示内容。

小知识：公钥不能直接传的原因

参考资料

• Https简单流程
• HTTPS的加密方式超详细解读