形象理解数字证书的基本安全功能

利用数字证书，可以实现在网络世界中保证4个基本的安全功能，分别是身份验证、保密性、完整性和抗抵赖性。下面形象地总结一下这4中特性以及实现的大概原理。

一、身份验证

我们说数字证书是“网络身份证”，显然的，首要任务是有力地证明我是谁这个问题。身份验证包括：验证我是不是确实拥有这个证书的私钥；这个证书是不是盗版的，即是否是权威机构（CA）颁发的；这个证书是不是在有效期内等。

举个例子，数字证书又俗称U盾，我想在家的电脑上登陆我的网上银行，那我插上U盾，打开网银登录网页，输入登录密码，点击登录。点这一下，程序干啥了？

首先，得验证我的登录密码对不对吧，好，对着呢。

在打开网银登录页面的时候呢，网银那边的服务器就生成一段随机数发到我电脑这边了，现在登录程序就拿我的U盾里的私钥给这段随机数加密，也叫签名。

最后，把我证书和签名一起送到服务器。

所有用户在验证数字签名之前，都应该先验证证书的有效性。

服务器收到后，用CA公钥来验证CA签名（证书的一部分）的真实性来验证是否权威。也即验证了我公钥的真实性。再通过CRL或者OCSP查询证书的状态就可以验证有效期。

然后进行签名校验，拿我的公钥去解密签名。得到的随机数和服务器留底的一比，一样的话就证明我的私钥是真的。

以上验证都通过后，就完成了对我的身份验证。

二、保密性

我想给你送个价值连城的宝贝，这肯定不能让别人截胡了，我就想只有你能收到，别人拿不到。这时就用上了数字信封。

灵魂画手配图：

我先用一个对称密钥把宝贝锁起来，上图的覆盖色对应用什么颜色的密钥加密的，小椭圆（锁孔）的颜色表示需要用什么颜色的密钥解锁。然后我拿个锦盒把我的对称密钥装起来，用你的公钥锁上。然后一起打包发快递给你。

你收到之后，先拿你的私钥把锦盒打开，取得里面的对称密钥，再拿对称密钥解锁，得到宝贝。

因为锦盒是用你的公钥锁的，只有你才有开锦盒的私钥，这就保证了只有指定的接收方你才能拿到宝贝，这就是保密性。

三、完整性

上面的保密性只能保证是你本人收到的，但却不能保证发送方我的身份真实性，以及我给你的东西有没有被人动过手脚。

保证完整性，有两个层面，首先保证确实是我发的，其次东西被别人改了能立马察觉。

（1）利用数字签名保证发件人身份

我用我的私钥对文本内容加密，这个过程就产生了数字签名，然后文本内容与数字签名一起打包发送。你收到后，先拿我的公钥去解密数字签名，能解开，就说明确实是我发的，没被人冒充。数字签名解开之后，就得到一份解密版文本，和原文一对比，就能判断有没有被篡改。

内容少点还好，但非对称密钥的加密解密过程是很慢的，内容一多就效率低下了。

（2）利用摘要算法保证内容被篡改立马察觉

摘要算法是啥？它将任意长度的输入消息数据转化成固定长度的数据输出，将复杂数据和简单数据的对应起来。实际上它是一个哈希算法，输入原文数据，输出哈希值。

简单来讲，它有几个重要的特征，第一，它不可逆的，就是说你想从摘要数据反推原始数据是非常难的；第二，它对输入数据变化非常敏感，哪怕你就改了个标点符号，我摘要数据都变得天差地别，一眼就看出来了；第三，不同输入得到相同输出的概率极低，很难用不同的输入数据伪造相同的摘要数据。

因此，摘要算法和数字签名结合，就能很好的保证数据的完整性。

我首先用摘要算法将原文计算成摘要数据，然后用我的私钥对摘要数据进行加密，形成数字签名。将数字签名附在原文底下一起发给你。

你收到后，先用我的公钥解开数字签名，能解开，说明确实是我发的；解开之后得到我做的摘要数据，然后你把原文用摘要算法计算一遍，得到你做的摘要数据，两个摘要数据对比，一致表示未被篡改。

四、抗抵赖性

一般正规的文件，签名下面必须写上签名的时间。比如一份产品测试验收文件，我是验收人，9月1日测试的时候我没认真看我就签名了，没写日期，第二天同事就发现了产品故障，找到我，我抵赖说那是我8月15签的名，那会产品确实是合格的。

数字签名只能保证确实是我这个人，但并不能确定什么时候签的。所以要使用时间戳服务。

通过数字签名技术将数据和时间绑定后的结果叫做时间戳，由权威的第三方机构TSA（time stamping authority）提供。

我先计算出原文的摘要数据，再用我的私钥进行加密，形成我的数字签名。然后发给TSA，TSA把当前时间附在我的数字签名上，再用TSA的私钥对数据进行签名，形成时间戳。

五、总结

一个可能的发送-接受流程如下：

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