作为一个开发人员，或多或少都听说过对称加密、非对称加密、单向散列函数、数字签名、数字证书这几个概念，它们是用来保证在互联网通信过程中数据传输安全的。有人可能会有疑惑，我给传输数据加个密不就安全了，为什么还要搞这么多花样出来？现在我们就来探索一下，这里面到底隐藏了什么不为人知的密码。
一、对称加密
1.概念
对称加密是指用来加密和解密的是同一个秘钥。其特点是加密速度快，但是秘钥容易被黑客截获，所以安全性不高。常见的有AES、DES、3DES算法。
- DES: 是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称密码算法，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上是56bit。
- 3DES: 将DES重复3次所得到的一种密码算法，也叫做3重DES。
- AES: 取代DES成为新标准的一种对称密码算法,AES的密钥长度有128、192、256bit三种,取代DES成为新标准的一种对称密码算法。
2.密钥配送问题
在使用对称密码时，一定会遇到密钥配送问题。假设，Tom将使用对称密码加密过的消息发给了Jerry，只有将密钥发送给Jerry，Jerry才能完成解密，而且在发送密钥过程中，可能会被Mike窃取密钥，最后Mike也能完成解密。所以用对称加密的话，一旦秘钥被黑客截获，加密就形同虚设。
3.如何解决密钥配送问题
- 事先共享密钥
- 密钥分配中心
- Diffie-Hellman密钥交换
- 公钥密码(非对称密码)
二、非对称加密
1.概念
非对称加密是指用来加密和解密的是不同的秘钥，它们是成对出现的，称为公钥和私钥，知道其中一个秘钥是无法推导出另外一个秘钥的。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密的特点是安全性高，缺点是加密速度慢。常见的有RSA算法。
2.解决秘钥配送问题
- 由消息的接收者，生成一对公钥、私钥
- 将公钥发给消息的发送者，自己保存私钥
- 消息的发送者使用公钥加密消息
- 消息的接受者使用私钥解密消息
3.流程分析
Tom给Jerry发消息，首先由Jerry生成秘钥对Jerry的公钥和Jerry的私钥，接着Jerry将Jerry公钥发送给Tom，Tom用Jerry公钥对消息进行加密，然后Tom再把密文发送给Jerry，Jerry再用Jerry私钥进行解密，得到Tom发送的消息。
4.思考
细想一下，非对称加密虽然解决了秘钥配送问题，但是加密速度慢，那有没有更好的解决方式呢？
三、混合加密系统
1.概念
混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法。不但解决了公钥密码速度慢的问题，并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题。网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统
2.加密步骤（消息发送者）
会话秘钥：为本次通信随机生成的临时密钥，作为对称密码的密钥，用于加密消息，提高速度。
- 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥；
- 生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息；
- 用消息接收者的公钥，加密会话密钥；
- 将第2步第3步生成的加密结果，一并发给消息接收者； 可以看出，是用会话密钥加密的消息（加密方法：对称加密），用公钥加密的会话密钥（加密方法：非对称加密）。
3.解密步骤（消息接收者）
消息接受者接到消息后，会进行以下两步操作：
- 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥；
- 再用第1步解密出来的会话密钥，解密消息；
4.流程分析
Tom给Jerry发消息，首先由Jerry生成秘钥对Jerry公钥和Jerry私钥，接着Jerry将Jerry公钥发送给Tom，Tom先随机生成一个临时的会话秘钥，接着Tom用会话秘钥加密需要发送的消息（对称加密），然后Tom用Jerry公钥对会话秘钥进行加密（非对称加密），最后Tom再把包含 加密后的消息 和 加密后的会话秘钥 一起发送给Jerry，Jerry收到之后，先用Jerry私钥进行对 加密后的会话秘钥 解密得到会话秘钥，再用会话秘钥对 加密后的消息 进行解密。
5.思考
Tom给Jerry发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Tom发消息，再或者就是Tom发的，但Tom可以否认。那么问题来了：Jerry怎么确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装和否认呢？
四、单向散列函数
1.概念
单向散列函数，又称单向Hash函数、消息摘要函数，就是把任意长度的输入消息串，变化成固定长的输出串，且由输出串难以得到输入串的一种函数。这个输出串称为该消息的散列值，也被称为消息摘要（message digest）、指纹（fingerprint）。散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，都会计算出固定长度的散列值。单向散列函数的特点就是不同的文件计算出的散列值是不同的，比如一个1G的视频文件，哪怕只是改动其中一个字节，最后计算得到的散列值也是完全不同的，所以单项散列函数通常是用来判断文件是否被篡改过。其还有一个特点就是通过散列值是无法推导出源文件的信息的（单向性）。常用的摘要算法有MD5、SHA等。
- MD5：是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法，MD5被广泛使用，可以用来把不同长度的数据块，进行暗码运算成一个128位的数值。
- SHA：SHA家族的五个算法，分别是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512，由美国国家安全局（NSA）所设计，并由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布；是美国的政府标准，后四者有时并称为SHA-2。
2.应用
判断文件是否被篡改过。假设，我需要判断我电脑里的文件是否被篡改，那我可以先用U盘拷贝一份（保存到一个安全的地方），明天我就可以通过单向散列函数分别对电脑里和U盘里的文件进行加密，如果得到的散列值一致，则没有被篡改，反之则别篡改了。
口令加密。一般我们常用的场景就是登录注册，客户端通过单向散列函数加密密码，上传到服务器，服务器再把加密后的密码存放到数据库，我们得到的只是加密后的密码的散列值。如果密码忘记了，都是找不回的，得重置，如果能找回的那你就要小心了。
五、数字签名
1.概念
数字签名就是一个文件的散列值（摘要）加密后的信息。数字签名是和源文件一起发送给接收方的，接收方收到后对文件单向散列函数算出一个散列值，然后和数字签名中的散列值进行比对，两者不一致的话说明文件被篡改了。
2.流程分析
Tom给Jerry发消息，首先由Tom生成秘钥对Tom公钥和Tom私钥，接着Tom将Tom公钥发送给Jerry保存，Tom把消息通过单向散列函数加密得到散列值，再用自己的Tom私钥加密散列值（生成签名），最后Tom再把包含 ‘消息’ 和 ‘签名’ 一起发送给Jerry，Jerry收到之后，先用Tom公钥进行对 '签名' 解密，得到解密后的散列值，再通过单向散列函数对 ‘消息’加密得到新的散列值，对比两个散列值，就知道消息是否被篡改了。
3.思考
从上面我们可以知道，数字签名的作用并不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改，确认消息的完整性和防止消息发送人否认。那么如果有人篡改了文件内容或者签名内容，会是什么结果？假如，如果遭遇了中间人攻击，那么公钥将是伪造的，数字签名也将失效，这又该怎么办？
六、数字证书
1.概念
数字证书是一个经证书授权中心生成的文件，数字证书里一般会包含公钥、公钥拥有者名称、CA的数字签名、有效期、授权中心名称、证书序列号等信息。其中CA的数字签名是验证证书是否被篡改的关键，它其实就是对证书里面除了CA的数字签名以外的内容进行摘要算法得到一个摘要（散列值），然后CA机构用他自己的私钥对这个摘要进行加密就生成了CA的数字签名，CA机构会公开它的公钥，验证证书时就是用这个公钥解密CA的数字签名，然后用来验证证书是否被篡改。
2.流程分析
Tom给Jerry发消息，首先由Jerry生成秘钥对Jerry公钥和Jerry私钥，接着Jerry在认证机构（CA）注册自己的公钥，认证机构用自己的私钥对Jerry公钥施加数字签名并生成证书，然后Tom就从CA机构下载得到带有认证机构的数字签名的Jerry公钥（证书），然后Tom再使用认证机构的公钥来验证数字签名，确认Jerry的公钥的合法性，最后Tom用Jerry公钥加密消息并发送给Jerry，Jerry收到消息后，用自己的私钥解密密文得到Tom发送的消息。
3.思考
知道了这些后，那你知道iOS的签名机制又是怎样的呢？
