iOS签名机制03- 单向散列函数，数字签名和证书

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单向散列函数

• 基本概念

  • 单向散列函数，又称为消息摘要函数（message digest function）、哈希函数
  • 可以根据消息内容计算出散列值 单向散列函数-1.png
  • 输出的散列值，也称为消息摘要（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，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值

    
    单向散列函数-2.png

• 特点

  • 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值
  • 计算速度快，能快速计算出散列值
  • 消息不同，散列值也不同
  • 具备单向性（不可逆）

• 常见的单向散列函数

  • MD4、MD5
    • 产生128bit的散列值，MD就是Message Digest的缩写，目前已经不安全
    • Mac终端上默认可以使用md5命令
  • SHA-1
    • 产生160bit的散列值，目前已经不安全
  • SHA-2
    • SHA-256、SHA-384、SHA-512，散列值长度分别是256bit、384bit、512bit
  • SHA-3
    • 全新标准

• 应用

  • 防止数据被篡改

    
    单向散列函数-3.png

  • 口令加密 （存储在平台上的密码平台也是无法知道的）

    
    单向散列函数-4.png

数字签名

• 问题引出
  

  数字签名-1.png
  • Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认
  • 问题就是Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
  • 解决方案：数字签名

• 基本概念

  • 在数字签名技术中，有以下2种行为
    • 生成签名：由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
    • 验证签名：由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证
  • 如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
    • 用消息发送者的私钥进行签名

• 过程

  • 将明文消息和签名一起发给对方。对方利用公钥解密 签名得到明文消息，再和自己收到的明文消息进行比较 数字签名-2.png

  • 这种方式存在的问题就是：发送的数据有可能过多过大。有可能明文消息有多大，生成的签名就有多大。

  • 解决方式：利用单向散列函数

• 改进

  • 数字签名-3.png

• 总过程

  1. 消息发送者Alice生成密钥对：Alice公钥，Alice私钥；
  2. Alice将公钥发给消息接收者Bob；
  3. Alice利用单向散列函数对要发送的消息进行处理，形成固定长度的散列值；
  4. Alice利用私钥对散列值进行签名;
  5. Alice将消息和签名发送给Bob；
  6. Bob在得到消息和签名后，首先利用Alice的公钥验证签名，得到消息的散列值；
  7. Bob再将收到消息进行哈希处理，同样得到消息的散列值；
  8. 将第6步和第7步得到的散列值进行比较，看是否相同。如果不同，说明消息已经被篡改。
  9. 整体流程，如下图 数字签名4.png

• 数字签名和公钥密码的比较

  • 数字签名就是将公钥密码反过来
  • 区别如下图 数字签名-5.png

• 作用

  • 确认消息的完整性
  • 识别消息是否被篡改
  • 防止消息发送人否认（至少消息是用发送人的私钥发的，至于私钥有没有被偷或者是否是强迫使用私钥发的就另讨论了）

• 无法解决的问题

  • 中间人攻击问题（下图是利用公钥密码解释的“中间人攻击”） 数字签名-6.png
  • 利用证书验证公钥的合法性

证书

• 概念

  • 证书，类似于驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的
  • 密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-keyCertificate，PKC），跟驾驶证类似
    • 里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
    • 并由认证机构（CertificateAuthority，CA）施加数字签名
    • 流程：CA首先将此人的姓名邮箱等信息和此人的公钥进行哈希，得出散列值，然后再用CA自己的私钥加密散列值，从而得到数字签名
    • 一个证书包括三部分：此人的姓名、邮箱等个人信息，此人的公钥和数字签名
  • CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
    • 有国际性组织、政府设立的组织
    • 有通过提供认证服务来盈利的企业
    • 个人也可以成立认证机构

• 使用 （如下图）
  

  证书-1.png

• 注册和下载
  

  证书-2.png

总结

至此，我们已经对对称加密、公钥加密、单向散列函数、数字签名和证书有了详细了解，在下篇文章中，我们将在此基础上详细介绍iOS的签名机制。