2.1 加密解密基础

加密解密主要用于保证信息安全，加密是以某种特殊的算法改变原有的信息数据的过程，而解密则是将改变后的信息数据进行还原的过程。

加密算法可以分为单向加密和双向加密两大类，单向加密是不可逆的加密，只能加密无法解密。单向加密有以下特性，任意两段不同的明文加密之后的密文是不同的，而同一段明文经过加密之后的密文是相同的，不可逆，即理论上通过密文无法解密出原文。单向加密可以用于判断文件在传输过程中是否被窜改过，也可以用于记录一些隐蔽的信息。例如，用户的密码，可以通过MD5加密之后存储到数据库中，每次用户登录都只将用户提交的经过MD5加密的密文与数据库中的密文进行比较来判断，这样大大提高了安全性。常用的单向加密算法有MD5、SHA、HMAC等。

双向加密与单向加密相反，经过双向加密的密文可以被解密回明文，而双向加密又可以分为对称加密和非对称加密。对称加密指的是可以通过同一个密钥加密和解密，常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。而非对称加密指的是加密和解密用的是不同的密钥，常见的非对称加密算法有RSA。

2.1.1 公钥/私钥与非对称加密

理解非对称加密是理解数字签名与数字证书等一系列概念的关键，每一个技术的出现都是为了解决问题，非对称加密主要是为了解决以下几个问题。

❑ 如何确保收到的内容没有被窜改。

❑ 如何确保收到的内容确实是对方发的，而不是其他人伪造的。

如果使用普通的对称加密，是解决不了上面这两个问题的，因为如果希望朋友能够对我加密了的内容进行解密，就需要把密钥给朋友，但密钥在传输的过程中有可能泄露，一旦密钥被泄露，其他人就可以在我们的通信中拦截通信的内容，对其解密然后进行修改，然后重新加密再发送。

非对称加密很好地解决了上面这两个问题，首先非对称加密会生成两个密钥，称之为公钥和私钥，公钥是可以公开的，私钥掌握在自己的手上，当发送一个文件给朋友，可以用我的私钥加密，朋友需要用我的公钥解密，而当朋友要发送一个文件给我的时候，需要用我的公钥加密，然后我可以用我的私钥进行解密。这段话非常关键的点在于，私钥加密之后，只有公钥可以解开（私钥解不开）；而公钥加密之后，则只有私钥可以解开（公钥解不开），如图2-1所示。

因为我的私钥不需要经过任何传输，自己保管即可，泄露的风险非常低。而别人拿不到我的私钥，就无法冒充或修改我发送的内容，因为只有经过我的私钥加密之后，才能用我的公钥解开，否则用我的公钥是解不开的。如果有人想窜改朋友发给我的文件，因为没有我的私钥，解不开朋友发送的文件，所以也就无法窜改朋友发送给我的文件了。

2.1.2 信息摘要与数字签名

由于非对称加密算法的复杂度很高，效率比对称加密算法要大得多，所以对一个巨大的文件执行非对称加密的代价非常大，因此可以对文件先执行信息摘要，然后对文件的摘要进行非对称加密。信息摘要指的是将一个文件执行一次单向加密，输出一段固定简短的摘要内容，这段摘要内容相当于这个文件的指纹，对不同的文件执行信息摘要可以得出不同的摘要内容，而对同一个文件执行信息摘要得出的摘要内容是相同的。对文件的指纹进行加密要比对整个文件进行加密高效得多。而数字签名就是对摘要进行非对称加密的操作，把数字签名当作名词时可以理解为经过非对称加密后的摘要内容。

当我希望发送一个巨大的文件给朋友时，保证这个文件没有被篡改过，就可以对文件进行信息摘要和数字签名，然后把签名结果和文件一起发送给朋友，如图2-2所示。

当朋友接收到文件和数字签名时，先用公钥对数字签名进行解密（这个过程也称之为验签），然后对文件执行一次信息摘要，对比摘要内容，如果签名中的摘要内容和文件执行信息摘要得出的摘要内容一致，说明这个文件没有被篡改过，如图2-3所示。

2.1.3 数字证书

为了让其他人能够方便地辨别使用公钥，可以将公钥以及公钥使用的算法、所有者、有效期等一系列属性进行打包，这样的一个数据结构称之为PKCS10数据包，在操作iOS开发者证书时会碰到．p10文件就是对应一个这样的数据结构。

不论是直接给出公钥还是给出PKCS10数据包，都存在一个隐患，就是公钥或PKCS10数据包在传输的过程中被替换修改，这样其他人就可以伪装成我们发送任何内容，那么如何保证你拿到的公钥确确实实就是我发给你的公钥呢？

数字证书就是用来解决这个问题的，首先需要有一个颁发证书的权威的第三方机构（CA数字证书认证中心），来帮我们认证这个PKCS10数据包，CA使用它的私钥来对我们的PKCS10数据包进行数字签名，这样就得到了一份经过CA认证的数字证书，数字证书一般遵循同一个格式标准（X509标准）。

在发送文件的时候，除了对文件进行签名之外，还需要附带我们的证书。接收到文件时可以使用CA的公钥对证书进行验签，确保这个证书是有效的，接下来再使用证书中的公钥对文件的数字签名进行验签。经过了双重验签之后，就可以保证文件的来源和内容没有经过窜改。