Posted on 2009-12-03 17:55
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大學(xué)時候?qū)W網(wǎng)絡(luò)安全，不知道是老師太脫離實際，還是當(dāng)時我上課睡太多了，反正學(xué)了個糊里糊涂。上機實驗比著葫蘆畫瓢在JBoss上搞了個EJBCA的什么東西，就覺得已經(jīng)混過去了。不過該學(xué)的還是得學(xué)，躲不過。現(xiàn)在開始還大學(xué)睡覺的債。。。。前段時間看了一陣子的Java安全編程，回過頭來總結(jié)總結(jié)。
首先是跟Java沒關(guān)系的，是加密和認(rèn)證。加密的算法可以分為三類：
- 摘要算法（指紋算法，哈希算法等）：摘要算法其實不算加密。算法以數(shù)據(jù)為輸入，生成一串等長的輸出。這個輸出就是這段輸入的指紋，或者說是摘要。算法不管輸入有多長，1G或者一個byte，輸出都是一樣長的。指紋算法比較形象。我們可以認(rèn)為，只要數(shù)據(jù)不同，生成的摘要就是不同的（或者說，想根據(jù)一個摘要來生成特定的數(shù)據(jù)是很難的，所以這個摘要可以唯一的確定數(shù)據(jù)的身份）。當(dāng)然是無法從這個簡短的摘要還原原始數(shù)據(jù)的。比較常用的摘要算法有MD5，SHA-1，DSA之類的。摘要算法是公開的，任何人都可以通過摘要算法來計算一段數(shù)據(jù)的摘要。所以，如果一個文件傳輸給你，同時也給你一個這個文件的MD5摘要，那么你收到文件后，計算一下文件的MD5，然后和別人給你的MD5摘要比較一下，就知道文件在到你手上之前是不是被人改動過了。
- 對稱加密算法：對稱加密算法是使用相同密鑰加密和解密數(shù)據(jù)的一種加密算法。密鑰可以認(rèn)為就是一段數(shù)據(jù)。使用相同的密鑰這點很重要。對稱加密算法很多，加密解密也很快。最入門的對稱加密算法就使凱撒密碼。工業(yè)中使用的加密算法很多，比如用于流加密的RC4，還有AES，DES等。只有有密鑰，那么就可以對加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，得到原始的數(shù)據(jù)。從這里可以看出，密鑰是對稱加密的關(guān)鍵，如果密鑰的傳輸無法保證安全，對稱加密就是形同虛設(shè)的。
- 非對稱加密算法：非對稱加密算法是計算機加密和認(rèn)證中最關(guān)鍵的一環(huán)。非對稱加密的特點是，它有倆密鑰，用密鑰1加密的數(shù)據(jù)需要使用密鑰2解密，同樣，用密鑰2加密的數(shù)據(jù)需要用密鑰1解密。如果公開密鑰1，那么密鑰1就成為公鑰，即公開的密鑰，同時，密鑰2就使私鑰，必須好好保存不能讓別人得到。非對稱加密算法有數(shù)學(xué)證明來保證它幾乎不可能在一個有意義的時間段內(nèi)被破解。但是非對稱加密也有致命的弱點——加密解密計算量大，不適合用來處理大量的數(shù)據(jù)。非對稱加密算法有RSA，DSA等。
計算機加密體系需要保證——保密性、完整性、認(rèn)證性和不可抵賴性。保密性就是說，數(shù)據(jù)是使用加密算法加密過的（一般是使用對稱加密算法加密）。完整性可以用摘要算法保證，因為一段數(shù)據(jù)一旦被人改動過了，那么摘要就肯定不同了。但是，這兩者如果沒有非對稱加密算法保護(hù)，一切就都是空談。因為，密鑰總歸要通過 internet傳輸?shù)模绻蝗烁`取了咋辦？摘要？大不了黑客篡改了數(shù)據(jù)之后，生成一個新的摘要。好，非對稱加密上場了，認(rèn)證性和不可抵賴性這兩點也是非對稱加密來保證的。它如何來保證前面這些呢？
先看看什么是證書。有了這些算法之后，就有了證書這個概念。啥叫做證書呢？證書其實就是一個文件。文件內(nèi)容挺多，需要關(guān)心的有：
- 非對稱加密的公鑰。它可以用來解密那個秘密的私鑰加密過的數(shù)據(jù)。
- 用別的私鑰加密過的非對稱加密的公鑰的簽名。上面說的非對稱加密的公鑰也是一段數(shù)據(jù)呀，用摘要算法計算一下它的摘要。然后用別的私鑰加密一下這個摘要。注意，這里說的是用別的私鑰加密。
- 所謂的別的私鑰的標(biāo)識。有了這個標(biāo)識，才知道是誰加密了公鑰的簽名。
問題越來越多了。什么叫做別的私鑰？哪兒來的私鑰？對于一個有效的證書來說，這里說的別的私鑰，就是那些專門來提供證書加密服務(wù)的公司（比如 VeriSign）的私鑰。這些公司會全副武裝的保護(hù)好自己的私鑰（公司的命根子呀）。下面來敘述一下這個過程：
- 首先，A公司想要一個證書，用來在internet上證明自己確確實實是A公司。于是公司通過工具生成了一對密鑰（這個很簡單，誰都可以輕松的生成一對密鑰）。
- 然后他拿著公鑰去找VeriSign，計算了公鑰的MD5值，請求VeriSign拿出自己的寶貝私鑰，來對這個公鑰的MD5值進(jìn)行加密。
- VeriSign很專業(yè)，他們會要求A公司出具相應(yīng)的證明，核實無誤后，VeriSign此才會拿出私鑰，把A公司公鑰的MD5值進(jìn)行加密。這個就叫做簽發(fā)證書。
- 這不是一錘子買賣，A公司為了這個事兒，須要按年給VeriSign付錢。
- 好，A公司的公鑰的MD5值被VeriSign的私鑰加密過了，得到了一段加密后的數(shù)據(jù)，只有VeriSign的公鑰才能解密這段數(shù)據(jù)，得出正確的值。
- A公司屁顛屁顛的可以生成自己的證書了，證書的內(nèi)容包括：
- A公司的公鑰。
- VeriSign的私鑰對A公司的公鑰的MD5值加密后，所得到的數(shù)據(jù)。再次提醒一下，這個密鑰只有VeriSign的公鑰才能解密。
- 一段文字，說明證書是VeriSign驗證的，公鑰的指紋算法是MD5。這段文字不用加密，誰愛看誰看。
終于A公司有了自己的證書，但是，VeriSign的私鑰加密過的東西，須要使用VeriSign的公鑰來解密，咋辦？不用急，VeriSign這種提供證書服務(wù)的公司早就和各種操作系統(tǒng)提供商協(xié)商好了，他們的公鑰早就一經(jīng)包含在了每一個操作系統(tǒng)中，在我們安裝操作系統(tǒng)的時候，VeriSign這些公司的公鑰就已經(jīng)包含在計算機里了。
下面以https來解釋一下計算機中的安全體系（保密性、完整性、認(rèn)證性和不可抵賴性）是如何工作的。
A公司有了一個站點，瀏覽器使用https來訪問這個站點的時候，大概的過程就是這樣的（下面的過程基本是Https協(xié)議的運作過程）：
- A公司站點首先給客戶端發(fā)送自己的寶貝證書。（數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候被人從中間截獲了？不怕，想聽就聽吧）
- 認(rèn)證性：客戶端得到證書之后，開始驗證這個證書：
- 首先，客戶端從證書中知道，這個證書是被VeriSign公司簽發(fā)的。所以客戶端從操作系統(tǒng)中拿出來VeriSign公司的公鑰，待用。
- 客戶端還知道，A公司公鑰是使用MD5算法計算的簽名，OK，客戶端讀取出來證書中A公司的公鑰，使用MD5值，待用。
- 下面是重要的一步了，客戶端從A公司的證書中抽取出那段加密后的數(shù)據(jù)（也就是A公司公鑰的MD5值被VeriSign公司的私鑰加密過的那段數(shù)據(jù)），然后再拿過來第一步中找到的VeriSign公司的公鑰，非對稱加密的特點就是私鑰加密，公鑰解密之。所以，當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)，解密之，得到的值就應(yīng)該是A公司的公鑰的MD5值。< /li>
- 那到底是不是呢？跟第二步中客戶端自己計算出來的MD5值比對一下就知道了。
- 如果通過比較，發(fā)現(xiàn)確實是，那么安全體系中的認(rèn)證性就得到保證了，也就是說，客戶端可以完全相信對方就是A公司，訪問的站點也就是A公司的站點。（等等，A公司的公鑰不是公開的嗎？那豈不是任何站點都可以偽裝成A公司？不急，這不是個事兒，在下面不可抵賴性會說到）當(dāng)然，如果驗證不通過，說明對方是個“李鬼”。瀏覽器會有提示，說這個站點提供的證書沒有通過驗證思密達(dá)（還有一種情況就是，證書過期了，還記得前面說的每年給VeriSign的年費嗎）。
- 好，客戶端驗證通過了，下面就是開始傳輸數(shù)據(jù)了。傳輸數(shù)據(jù)的過程有保密性、完整性和不可抵賴性三點需要保證。
- 首先，客戶端瀏覽器悄悄地生成一個隨機數(shù)。然后使用A公司的公鑰加密這個隨機數(shù)，發(fā)送給A公司的站點。因為是A公司公鑰加密的，所以不怕被人竊聽。為啥不怕被竊聽，因為竊聽了也沒用，因為竊聽者肯定沒有A公司的私鑰，沒有私鑰也就沒法對竊聽到的數(shù)據(jù)解密。
- A公司站點收到這個數(shù)據(jù)后，開始使用自己的私鑰解密數(shù)據(jù)。到了這個時候，肯定是只有客戶端和A公司的站點服務(wù)器知道這個隨機數(shù)的。
- 接下來，客戶端瀏覽器和A公司站點根據(jù)相同的算法，生成對稱加密使用的密鑰（實際上是一組密鑰，當(dāng)然在這里不用深究這個）。以后的數(shù)據(jù)傳輸就全使用這個對稱加密密鑰進(jìn)行了。這就是保密性。
- 保密性得到了保證，完整性如何保證呢？如果攻擊者雖然不能夠獲得數(shù)據(jù)，但是他想搗蛋，偷偷篡改數(shù)據(jù)來破壞數(shù)據(jù)的完整性。這個時候也沒啥問題，在https 協(xié)議中，每條消息在加密之前都包含了消息內(nèi)容和消息的hash值（比如，消息的MD5值），這樣在消息的接收端，就可以對這條消息進(jìn)行驗證了。通過驗證就可以知道消息是不是被篡改過。當(dāng)然，如果被篡改過，也使沒辦法回復(fù)的，不過知道消息被篡改過，那么就可以要求對方重新發(fā)送消息了，總之攻擊者是沒法辦得逞的。這就是消息的完整性。
- 好的，在這里我們來看一下不可抵賴性。因為只有A公司有私鑰，這也就是說，只有A公司可以把這個數(shù)據(jù)成功解密，來得到這個隨機數(shù)，從而來計算對稱加密使用的密鑰。所以，如果A公司想抵賴說那個站點不是自己，是不可能的事情。因為只有A公司有這個用于解密的私鑰，不是A公司是誰。同樣，就好像在前面說的，如果有人用A公司的公鑰冒充A公司，那么這個李鬼其實沒有A公司的公鑰，也就沒有辦法解密數(shù)據(jù)（注意，客戶端產(chǎn)生的隨機數(shù)是使用A公司的公鑰加密的，須要使用A公司的私鑰解密），所以這個是徒勞的。
好，保密性、完整性、認(rèn)證性和不可抵賴性都在上面的過程中都得到保證了。這個過程的核心就是非對稱加密的特性：公鑰加密私鑰解密，私鑰加密公鑰解密。本篇到此結(jié)束，下一篇中將涉及Java中的認(rèn)證和加密。
關(guān)于https的具體內(nèi)容可以參考這篇文章：http://www.infoq.com/cn/articles/HTTPS-Connection-Jeff-Moser