加密和簽名的區別及應用場景

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簡介

本文介紹加密和簽名的區別及應用場景。

RSA是一種非對稱加密算法，?可生成一對密鑰（私鑰和公鑰）。（RSA可以同時支持加密和簽名）。

加密和簽名的區別

加密

用公鑰對明文加密，用對應的私鑰才能解密，防止明文被人看到。

簽名

用私鑰對明文簽名，用對應的公鑰驗簽（驗證簽名），防止數據被篡改。

加密流程

（友情提醒，以下場景僅為說明基本的加密流程，不符合真實應用)。

自從潘金蓮放窗簾打到西門慶的頭之后，他們就開始秘密交往，潘金蓮的丈夫武大郎總是懷疑他們倆在偷情，苦于沒有證據，在暗地里觀察。

一天，潘金蓮想寫情書撩西門慶，但是情書內容不想被武大郎知道，于是潘金蓮就告訴西門慶，采用 RSA 加密的方式來傳遞書信。

于是，西門慶就用 RSA 生成了一對密鑰（一個公鑰，一個私鑰），將公鑰的內容寫成一封信，然后寄出去送給潘金蓮。

武大郎觀察到了西門慶發出的信件，偷偷地將這封信件攔截了下來并復制了一份自己藏著，然后又將信件原路寄給潘金蓮，以免打草驚蛇，以為這樣就可以神不知鬼不覺地拿到他們之間偷情的證據。武大郎打開信封，發現里面寫的只是公鑰內容。

信封（公鑰）傳達到潘金蓮手上后，潘金蓮就開始寫情書了：“巴拉巴拉各種虎狼之詞”（明文）。寫好后裝入信封想直接寄回給西門慶，但是馬上停住了，心想，這封信如果這樣直接寄出去，中途被武大郎攔截的話，不就什么都被看到了嗎？于是潘金蓮用西門慶發過來的公鑰對自己寫的情書進行加密，生成了一份完全看不懂的信息“eSYJztu3RqGZBcRPvINyg2Hpmu…”（密文）。然后這封信可以放心的寄給西門慶了。

果然，武大郎偷偷觀察到了潘金蓮發出的信件，又進行同樣的操作：攔截，復制，原路寄回給西門慶。當武大郎打開復制回來的信件（密文）后，發現又是一堆看不懂的信息，然后嘗試用之前從西門慶那封信復制下來的公鑰進行各種 RSA 操作（用公鑰加密，解密），結果發現無論怎么操作，得到的都是看不懂的信息。單憑這封全是亂碼的信件并不能坐實潘金蓮與西門慶偷情。

信封（密文）最終傳達到西門慶手上，西門慶拿著自己的密鑰（密鑰只有自己知道，其他人都不知道），對信封進行解密，于是看到了信封原來的內容：“巴拉巴拉各種虎狼之詞，…”西門慶被撩得心花怒放。

結論

以上是使用 RSA 進行加密解密的一個虛擬場景。可見，加密后消息的傳遞是單向的，只有潘金蓮發加密消息給西門慶，西門慶沒法直接發有效的加密消息給潘金蓮（因為潘金蓮沒有私鑰）。除非雙方都各自生成自己得 RSA 公鑰私鑰，并且互相發送各自的公鑰給對方，這樣雙方就可以加密通訊了。

整個通訊流程（單向）

A 明文告訴 B，我現在要發送消息給你，請使用 RSA 進行加解密（這條消息會被 C 截獲，C 知道了 AB 之間要通訊并使用 RSA 加密）。
B 生成一對密鑰（公鑰，私鑰），然后將公鑰發送給 A（這個公鑰會被 C 截獲，但是 C 拿不到私鑰）。
A 把要發送的消息用公鑰進行 RSA 加密，得到密文，然后發送給 B（這個密文被 C 截獲，但 C 無法知道密文所對應的明文的內容，因為 C 只截獲到公鑰，沒有私鑰，用公鑰對密文怎么操作都得不到明文）。
B 拿到密文后，使用自己的私鑰解密，得到明文。

B如果想發加密的消息給A，則將以上流程反著來走一遍就行了，只不過就需要由A來生成密鑰（公鑰，私鑰）。

也就是說：

A想給B發加密消息，由B來生成密鑰對（公鑰B，私鑰B），對外公布公鑰B。
B想給A發加密消息，由A來生成密鑰對（公鑰A，私鑰A），對外公布公鑰A。

簽名流程

西門慶想給潘金蓮寫信，告訴她"午時去王婆家做衣服"。潘金蓮要如何才能確信這條消息真的是西門慶發給她的呢？萬一這條消息是哪個潑皮亂發的，那潘金蓮豈不是白跑一趟？

RSA 算法有一組對稱操作：用公鑰加密的密文，用私鑰解密可以得到明文；反過來，用私鑰加密的密文，用公鑰解密也可以得到明文。

潘金蓮手上是有西門慶的公鑰的（延續上一場景的公鑰），如果西門慶用私鑰對消息進行加密，潘金蓮用公鑰進行解密，如果解密后能得到明文，那就能說明：發送者確實是西門慶本人。因為除了西門慶外，沒有人擁有私鑰，能用這個公鑰解密的密文一定是密鑰的持有者（即西門慶）所發出的。

于是，西門慶寫了一條消息“午時去王婆家做衣服”（明文），然后用私鑰將這條消息加密生成了“PvINeSYJuZBcRygztu3Gpm2HRq…”（密文）一共兩條消息（一條明文一條密文）合并寫在一封信里寄給了潘金蓮。

潘金蓮收到信后，用公鑰對信件的密文部分“PvINeSYJuZBcRygztu3Gpm2HRq…”進行 RSA 解密，得到“午時去王婆家做衣服”。然后和信件前面部分里對比，發現內容一模一樣，這就確認了消息確實是西門慶發的。

說明

西門慶用私鑰對前面明文內容加密，然后追加到明文后面的這種做法，就是簽名。

潘金蓮用公鑰對簽名解密，并與前面明文部分進行比對，這個做法就叫做驗簽。

為什么可以這么做？不怕被武大郎中途截獲修改嗎？不怕。因為如果武大郎中途截獲了這封信，并修改成“申時去王婆家喝茶”但由于武大郎沒有私鑰，無法對明文加密，因此無法修改后面的簽名部分。當潘金蓮收到信件后，用公鑰解密簽名部分得到的內容，跟被篡改的明文內容一對比，發現不一致，就說明消息被篡改了，發送者并不是西門慶。

又或者武大郎用自己的私鑰對篡改后的明文進行加密簽名，再發送給潘金蓮，潘金蓮用手上西門慶的公鑰根本無法解密武大郎篡改后的加密部分，這種情況也可以確定發送者不是西門慶。

從這里可以看出，加密和簽名，這兩種場景是不一樣的。

加密，是為了確保通訊內容不被第三方知道。
簽名，是為了確保發送者確實是本人，并且消息沒有被篡改過。

在加密場景下，并不關心消息是否被篡改過。可能武大郎第一次截獲西門慶公鑰時，偷偷換成了自己生成的公鑰，并發給潘金蓮。潘金蓮用公鑰加密后發出的情書被武大郎截獲之后，武大郎用自己的私鑰也是可以解密出來那些虎狼之詞的（中間人攻擊），但是加密場景并沒有解決這些問題，加密僅是為了不讓私鑰持有者以外的第三方知道消息的內容。

在簽名場景下，只關心消息沒有被篡改，并不關心內容是否保密。比如“午時去王婆家做衣服”就是明文傳輸，任何人都知道這個信息。簽名場景并不負責保密內容，僅僅是為了說明這條消息是西門慶本人發出的，并且沒有被篡改過。

項目場景

公鑰之所以叫公鑰，意思是可以公開給任何人。任何人拿到一把鎖都是沒有意義，所以對鎖的定義就是不能打開鑰匙，即不能用私鑰加密，公鑰解密（切記，我說的是加密場景不能用私鑰加密，公鑰解密，加簽的場景正好相反，恰恰是私鑰加密，公鑰解密，不過我們通常會說成私鑰加簽，公鑰驗簽）。

驗簽

實際項目中，一般使用明文的哈希值來進行驗簽。

數字簽名屬于非對稱加密，非對稱加密依賴于復雜的數學運算，包括大數乘法、大數模等等，如果數據量大，那么計算數字簽名將會比較耗時。所以先將原數據進行 Hash 運算，得到的 Hash 值就叫做摘要，然后對摘要計算簽名。不同的內容計算出的摘要是不同的。

摘要最好是不可逆轉的，這樣即使第三方使用公鑰解簽出摘要，也無法根據摘要反推出原本的數據。一般使用 MD5 作為 Hash 函數，MD5 輸出的結果固定為?128 位。

流程

發送者A用私鑰對摘要計算簽名，將明文和摘要的簽名發給B。接受者 B 收到后，拿簽名部分，用 B 的公鑰解密，可以解密成功（得到摘要1），就能證明確實是 B 發的。再對郵件內容（明文）使用相同的散列函數計算出摘要2，與之前得到的摘要1進行對比，兩者一致就說明信息未被篡改。