加解密、签名、验签、数字签名、数字证书
加解密、签名、验签、数字签名、数字证书
嵌入式开发时，绕不开数据安全问题。最近又在做OTA升级相关工作，因此，借此机会学习了加解密、签名、数字证书等知识，并做此笔记。
一、加密、解密
1、对称加密
对称加密是指加密和解密时使用同一个密钥。
2、非对称加密
非对称加密是指加密和解密使用不同的密钥，这两个密钥分别叫做公钥、私钥。公钥是可以公开给所有人的，而私钥需要自己保密的。
- 发送方使用接收方公钥加密的数据只能用接收方私钥解密：
- 同理，发送方私钥“加密”（签名）的数据只能用发送方公钥“解密”（验签）：
二、数字签名
数字签名（Digital Signature）也叫作数字指纹（Digital Fingerprint），它是消息摘要算法和非对称加密算法的结合体，能够验证数据的完整性，并且认证数据的来源。
怎么生成摘要???使用hash运算将明文生成摘要，常用的hash算法是SHA-1、MD5、MD2等。
1、验证完整性
数据签名算法的模型分为两个主要阶段：
- 签名（加签）：先计算数据的摘要，再使用私钥对摘要进行加密生成数字签名，将 [数据 + 签名] 一并发送给接收方；
- 验证（验签）：先使用相同的摘要算法计算接收数据的摘要，再使用预先得到的公钥解密签名，对比解密的签名和计算的摘要是否一致。若一致，则说明数据没有被篡改。
为什么摘要还需要加密？？？非安全信道中，数据和摘要都存在篡改风险，攻击者在篡改数据时也可以篡改摘要。因此，摘要算法需要配合加密算法才能严格验证完整性。
2、认证数据来源
- 发送方：使用私钥对摘要加密，生成数字签名
- 接收方：使用发送方的公钥解密数字签名，成功生成摘要，说明认证数据来源于发送方。
数字签名的加解密过程示意图
1）甲使用乙的公钥对明文进行加密，生成密文信息。
2）甲使用HASH算法对明文进行HASH运算，生成数字指纹。
3）甲使用自己的私钥对数字指纹进行加密，生成数字签名。
4）甲将密文信息和数字签名一起发送给乙。
5）乙使用甲的公钥对数字签名进行解密，得到数字指纹。
6）乙接收到甲的加密信息后，使用自己的私钥对密文信息进行解密，得到最初的明文。
7）乙使用HASH算法对还原出的明文用与甲所使用的相同HASH算法进行HASH运算，生成数字指纹。然后乙将生成的数字指纹与从甲得到的数字指纹进行比较，如果一致，乙接受明文；如果不一致，乙丢弃明文。
优点：数字签名技术不但证明了信息未被篡改，还证明了发送方的身份。
缺点：数字签名技术也还有一个问题，获取到对方的公钥可能被篡改，并且无法发现。引入数字证书。
三、数字证书
接收方需要使用发送方的公钥来验证数据真实性。那么，接收方怎样才能安全地获得发送方公钥呢？这就需要数字证书来保证。
数字签名和数字证书总是成对出现，二者不可分离。数字签名主要用来验证数据完整性和认证数据来源，而数字证书主要用来安全地发放公钥。数字证书主要包含三个部分：用户的信息、用户的公钥和 CA 对该证书实体信息的签名。
数字证书的模型主要分为两个步骤：
1、颁发证书
- 申请者将签名算法、公钥、有效时间等信息发送给 CA 机构（certifcation authroity, CA）；
- CA 机构验证申请者身份后，将申请者发送的信息打成一个实体，并计算摘要；
- CA 机构使用自己的私钥对摘要进行加密，生成证书签名（Certificate Signature）；
- CA 机构将证书签名添加在数字证书上，构成完整的数字生出。
2、验证证书
- 验证方使用相同的摘要算法计算证书实体的摘要；
- 使用 CA 机构的公钥（浏览器和操作系统中集成了 CA 的公钥信息）解密证书签名；
- 对比解密后的数据与计算的摘要是否一致，如果一致则是可信任的证书。
完整的证书文件，如下：
上面介绍了很多概念，那么代码中如何实现加解密？答案是OpenSSL，openssl是Linux内置的一款开源工具，实现了常见的密码算法与应用。点到为止，网上openssl资料很多，不再赘述。