加密与证书

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加密理论

对称加密

对称加密时密码学中的一类加密算法。这类算法在加密和解密的时候使用相同的密钥,或是使用两个可以互相推导的密钥。

这种加密方式的特点是密钥必须在私底下确定。

常见的对称加密算法有DES、AES、RC5、RC6等。

非对称加密-公私钥

公私钥加密是指提供两个加密函数P,S使得两个函数互逆。P称为公钥函数,S称为私钥函数,我们将P公开,并保证无法从公开的P推导出私密的S。

公私钥的一个典型实现就是RSA算法。

由于公私钥算法一般时间复杂度较高,在对大信息的加密和解密需要耗费过多时间,因此会使用下面两种策略来加速:

  • 混合加密:消费方一个简单的加密算法key,并将P(key)发送给服务方,服务方利用S得到S(P(key))=key。这样消费方与服务方就约定好了加密使用的密钥,之后两者通过key进行通信。这个过程中没有私密数据可以被探测,而仅在商议key时使用公私钥,后面使用的是较简单的算法。这是SSL的原理,他们握手时交互对称加密密钥。
  • 数字签名:如果双方不介意数据被探测,仅要求数据不被篡改(比如付款请求)。那么就可以为消息生成一个摘要,之后用自己的私钥对摘要进行加密并附着在消息之后,这部分内容称为数字签名。由于没有私钥只有公钥的人不可能篡改通过私钥加密过的数字签名,因此也自然不可能篡改消息。

Certificate Authority

尽管有了公私钥的技术,基本可以保证消息发送的安全性了,但是还有一些问题,比如我们发现交流的双方至少需要有一方持有另外一方的公钥。那么如果保证这个公钥没有被篡改过呢。

当然你可以说我们一开始物理交互了各自的公钥,但是假如真有这种条件,实际上任何加密算法都可以取代公私钥。

还有一种方法就是服务提供者将自己的公钥公布在自己官网,并保证所有消费方都能获得。但是依旧还是有恶意者伪造服务提供者官网的情况,这样服务消费方就会使用恶意者的公钥。

CA就是解决这种问题的手段。CA全称是Certificate Authority,它是负责管理和签发证书的第三方机构。由于可信的CA较少,因此我们可以保证消费方能持有所有信任CA的公钥(比如你的浏览器可能就内置了CA的公钥)。

这样服务方首先向CA提供自己公钥以及自己的信息,之后CA用自己的私钥对这些信息进行加密,加密的结果称为证书,并将证书提供给服务方。之后服务方向消费方提供证书,由于CA的密钥没有泄露,因此其他恶意者无法篡改证书,并且CA是可信的(可以默认CA不会为恶意用户提供伪造证书),因此消费方可以利用证书中的额外信息判别是否是服务方真实的证书,如果是真实的就采用证书中记录的公钥。

实践

生成RSA密钥

首先确保自己安装了OpenSSL。

之后输入下面命令:

ssh-keygen

接着按提示一步步来。

RSA密钥加解密

如果想要解密RSA密钥:

openssl rsa -in encrypted.key -out raw.key

其中encrypted.key是加密的key而raw.key是解密后的key。

生成CA认证证书

CSR

证书请求全称Certificate Signing Request,简称CSR。证书请求中包含自己的公钥,生成证书时需要将这个提交给权威的证书颁发机构。

生成CSR的命令:

openssl req -new -key server.key -out server.csr

这里server.key是你的私钥

CRT

CRT是certificate的缩写,表示证书的概念。X.509是一种证书格式,对X.509证书来说,认证者一定是CA或是由CA指定的人。一份CA证书包含一些标准字段,包括关于用户或设备及其相应公钥信息。

我们由于这里使用自己认证自己,因此自己将充当CA的角色,首先我们需要一张CA证书,表明我们自己的身份。

openssl req -new -x509 -key ca.key -out ca.crt -days 365

这里ca.key是CA的私钥。

之后我们需要使用ca证书,ca.key等内容处理之前的server.csr,并生成对应的证书server.crt :

openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -sha256 -extfile v3.ext

v3.ext中的内容如下:

authorityKeyIdentifier=keyid,issuer
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage = digitalSignature, nonRepudiation, keyEncipherment, dataEncipherment
subjectAltName = @alt_names

[alt_names]
DNS.1 = localhost
IP.1 = 192.168.0.2
IP.2 = 127.0.0.1

其中DNS表示域名,IP表示ip地址。

导入CA证书

因为自己认证自己的CA证书是不可信的,因此如果你服务器上使用这个CA证书,并且访问服务器路径,那么浏览器将会提示CA证书不可信。

我们可以直接将CA证书作为可信根证书安装在系统中,之后所有它签署的证书也都是可信的。

Windows

在Windows上安装CA证书非常简单,只要我们把证书拷到本地,并右键选择安装即可。安装目录选择受信任的根证书颁发机构

要删除CA证书的话,可以先command+r打开运行窗口,之后输入mmc打开微软控制台,文件->添加或删除管理单元中添加证书。之后就可以手动修改了。