加密算法要解决的主要是信息传输中的加密和解密问题。要假设数据传输过程是不安全的，所有信息都在被窃听的，所以发送端要把信息加密，接收方收到信息之后，要知道如何解密。

一、对称性加密

对称性密码，也叫共享密钥密码，顾名思义，这种加密方式用相同的密钥进行加密和解密。比如用一种最简单的对称加密的方法。都知道信息都可以表示成 0/1 比特序列，也知道相同的两个比特序列做异或运算的结果为 0。那么就可以生成一个长度和原始信息一样的随机比特序列作为密钥，然后用它对原始信息做异或运算，就生成了密文。反之用该密钥对密文做一次异或运算，就可以恢复原始信息。如密钥的长度和原始信息完全一致，如果原始信息很大，密钥也会一样大，而且生成大量真随机比特序列的计算开销也比较大。

当然有很多更复杂优秀的对称加密算法解决了这些问题，比如 Rijndael 算法、三重 DES 算法等等。它们从算法上是无懈可击的，也就是拥有巨大的密钥空间，基本无法暴力破解，而且加密过程相对快速。但是一切对称加密算法的软肋在于密钥的配送。加密和解密用同一个密钥，发送方必须设法把密钥发送给接收方。如果窃听者有能力窃取密文，肯定也可以窃取密钥，那么再无懈可击的算法依然不攻自破。

二、密钥交换算法

密钥一般就是一个很大的数字，算法用这个数加密、解密。问题在于信道是不安全的，所有发出的数据都会被窃取。那有没有一种办法，能够让两个人在众目睽睽之下，光明正大地交换一个秘密，把对称性密钥安全地送到接收方的手中？

Diffie-Hellman 密钥交换算法可以做到。该算法并不是把一个秘密安全地「送给」对方，而是通过一些共享的数字，双方「心中」各自「生成」了一个相同的秘密，而且双方的这个秘密，是第三方窃听者无法生成的。这个算法规则不算复杂，在此之前需要明确一个问题：并不是所有运算都有逆运算。

比如单向散列函数，给一个数字a和一个散列函数f，你可以很快计算出f(a)，但是如果给你f(a)和f，推出a是一件基本做不到的事。密钥交换算法之所以看起来如此玄幻，就是利用了这种不可逆的性质。

三、非对称性加密

非对称加密的思路就是把加密密钥和解密密钥分开，公钥用于加密，私钥用于解密。只把公钥传送给对方，然后对方开始发送加密的数据，用私钥就可以解密。至于窃听者，拿到公钥和加密数据也没用，因为只有我手上的私钥才能解密。

非对称性加密的运算速度要比对称性加密慢，所以传输大量数据时，一般不会用公钥直接加密数据，而是加密对称性加密的密钥，传输给对方，然后双方使用对称性加密算法传输数据。

非对称加密算法也无法确定通信双方的身份，依然会遭到中间人攻击。比如 Hack 拦截 Bob 发出的公钥，然后冒充 Bob 的身份给 Alice 发送自己的公钥，那么不知情的 Alice 就会把私密数据用 Hack 的公钥加密，Hack 可以通过私钥解密窃取。

如果双方有一个对称加密方案，希望加密通信，而且不能让别人得到钥匙，那么可以使用 Diffie-Hellman 算法交换密钥。如果希望任何人都可以对信息加密，而只有你能够解密，那么就使用 RSA 非对称加密算法。

四、数字签名

数字签名也是利用了非对称性密钥的特性，但是和公钥加密完全颠倒过来。公布公钥，用你的私钥加密数据，然后把加密的数据公布出去，这就是数字签名。数字签名的作用本来就不是保证数据的机密性，而是证明你的身份，证明这些数据确实是由你本人发出的。

具体流程应该是：

Bob 生成公钥和私钥，然后把公钥公布出去，私钥自己保留。

用私钥加密数据作为签名，然后将数据附带着签名一同发布出去。

Alice 收到数据和签名，需要检查此份数据是否是 Bob 所发出，于是用 Bob 之前发出的公钥尝试解密签名，将收到的数据和签名解密后的结果作对比，如果完全相同，说明数据没被篡改，且确实由 Bob 发出。

为什么 Alice 这么肯定呢，毕竟数据和签名是两部分，都可以被掉包？原因如下：

如果有人修改了数据，那么 Alice 解密签名之后，对比发现二者不一致，察觉出异常。

如果有人替换了签名，那么 Alice 用 Bob 的公钥只能解出一串乱码，显然和数据不一致。

有人企图修改数据，然后将修改之后的数据制成签名，使得 Alice 的对比无法发现不一致；但是一旦解开签名，就不可能再重新生成 Bob 的签名了，因为没有 Bob 的私钥。

数字签名就是验证对方身份的一种方式，但是前提是对方的身份必须是真。这似乎陷入一个死循环，要想确定对方的身份，必须有一个信任的源头，否则的话，再多的流程也只是在转移问题，而不是真正解决问题。

五、公钥证书

证书其实就是公钥 + 签名，由第三方认证机构颁发。引入可信任的第三方，是终结信任循环的一种可行方案。

证书认证的流程大致如下：

1、Bob 去可信任的认证机构证实本人真实身份，并提供自己的公钥。

2、Alice 想跟 Bob 通信，首先向认证机构请求 Bob 的公钥，认证机构会把一张证书（Bob 的公钥以及机构对其公钥的签名）发送给 Alice。

3、Alice 检查签名，确定该公钥确实由这家认证机构发送，中途未被篡改。

4、Alice 通过这个公钥加密数据，开始和 Bob 通信。

认证流程

Bob 向机构提供公钥的过程中，需要提供很多个人信息进行身份验证，比较严格。获得了 Bob 的可信公钥，Alice 和 Bob 之间的通信基于加密算法的保护，是完全无懈可击的。现在的网站大都使用 HTTPS 协议，就是在 HTTP 协议和 TCP 协议之间加了一个 SSL/TLS 安全层。在浏览器和网站服务器完成 TCP 握手后，SSL 协议层也会进行 SSL 握手交换安全参数，其中就包含该网站的证书，以便浏览器验证站点身份。SSL 安全层验证完成之后，上层的 HTTP 协议内容都会被加密，保证数据的安全传输。

六、总结

对称性加密算法使用同一个密钥加密和解密，难以破解，加密速度较快，但是存在密钥配送问题。

Diffie-Hellman 密钥交换算法可以让双方「心有灵犀」，一定程度上解决密钥配送问题，但是无法验证通信方的身份，所以可能受到中间人攻击。

非对称性加密算法生成一对密钥，把加密和解密的工作分开了。

RSA 算法作为经典的非对称加密算法，有两种用途：如果用于加密，可以把公钥发布出去用于加密，只有自己的私钥可以解密，保证了数据的机密性；如果用于数字签名，把公钥发布出去后，用私钥加密数据作为签名，以证明该数据由私钥持有者所发送。但是无论那种用法，涉及公钥的发布，都无法避免中间人攻击。

公钥证书就是公钥 + 签名，由可信任的第三方认证机构颁发。由于正规浏览器都预装了可信的认证机构的公钥，所以可以有效防止中间人攻击。

HTTPS 协议中的 SSL/TLS 安全层会组合使用以上几种加密方式，所以说不要安装非正规的浏览器，不要安装未知来源的证书。

密码技术只是安全的一部分，即便是通过正规机构认证的 HTTPS 站点，也不意味着可信任，只能说明其数据传输是安全的。技术永远不可能真正保护你，最重要的还是得提高个人的安全防范意识，谢谢观看。