图解：邮件（消息）的加密解密和数字签名

本文据图解释一下如何通过公钥私钥实现邮件的加密、解密以及数字签名，从而保证邮件的安全发送和接收。

上图先：

 

做事之前最好先搞搞清楚我们要做什么。本文要讲的是如何保证邮件（或者消息、check，随便怎么称呼吧）在网络传输中的安全。具体的说，就是要保证邮件只能由指定的那个接收者（recipient）读到，并且只能由指定的发送者（sender）发送。这样就算是实现了从发送至（sender）到接收者（recipient）的信息安全。

那我们先从问题1“保证邮件只能由指定的那个接收者读到”这个问题开始。

从宏观上说，只能由指定的recipient读到，就是说这个recipient有别人都没有的东西才行。这个recipient独有的东西，就是他的私钥（private key）。私钥就是一个字符串，只有recipient知道这个字符串是什么，与其对应的还有公钥（public key），公钥是所有人（发送者和想非法获取邮件内容的人）都可以知道的。recipient自己制作出私钥自己保留，自己制作出公钥发布到网上。公钥可以对邮件进行加密，但不能解密；私钥可以对邮件进行解密，但不能加密（这叫非对称加密asymmetric encryption）。于是发送者（sender）用公钥将邮件加密，然后发送给接收者（recipient）。接收者收到加密的邮件，直接看的话就是一堆乱码，然后他用私钥解密，就读到了邮件原文内容。

现在，有个坏人想读邮件内容，就算他黑到了从网上传送的邮件，也是加密了的，没有私钥他无法解密，也就读不到邮件原文了。（这里我们要相信加密解密的算法，这是基础。否则什么安全都无法实现了）

到此，图示应该是这样的：

我要是那个坏蛋，我就想，如果我读不到原文，我也不让那个真正的接收者（recipient）读到，我把加密的邮件改了（公钥人人都可以拿到），或者重新写一个邮件，加密一下，冒充发件人（sender）发给你，让你也受点罪。

所以我们就需要保证能够确认发送者（sender），或者说，只能由那个发送者发送这个邮件，如果有其他人中途修改了邮件，我们可以识别出来。这就是问题2。

再次从宏观上看，这里是要求发送者（sender）有某种别人都没有的东西。这个就是发送者的私钥（private key）！没错思路是和上面一样的！

发送者（sender）对即将发送的邮件计算一个hash值（可以认为是一个字符串，这是常用的方法），然后用自己的私钥（private key）对hash值加密，然后将邮件和加密了的hash值一起用接收者的公钥（public key）加密，通过internet发送给接收者（recipient）。接收者（recipient）收到加密的邮件，用自己的私钥（private key）解密，得到邮件原文和加密的hash值，用发送者的公钥对hash解密，得到原始的hash值，最后自己对邮件原文进行hash计算，如果得到的结果和之前收到的hash值解密后的内容相同，就说明这是未被坏人改动过的邮件。

这个过程中，发送者的私钥（private key）用于加密，公钥（public key）用于解密，和之前接收者的公钥、私钥用法是正好相反的，但是两种使用都是非对称的加密解密。

到此，图示应该是这样的：

如果某坏蛋修改了Content sending中的内容，那么接收者（recipient）解密出来的hash值与自己计算出来的hash值是绝对不一样的。（两者一样的概率比中500万小的多了）

至此我们的加密解密工作就算完成了。但是，在实际应用中还有一个变化：非对称加密（asymmetric encryption）是一种比较慢的计算方法，如果邮件内容很多，就不太实用了。于是为了加快速度，就结合了对称加密（symmetric encryption）方法。对称密钥就是说，这个密钥既可以用来加密，也可以用来解密。这个和防盗门的钥匙是一样的，既可以锁门，也可以开门。我称之为家用防盗门式的加密解密方法。

现在我们引入一个对称密匙，实现对要在不安全的internet上传输的邮件的加密解密。对称密钥必须让发送者和接收者都有才行，同时，为了保证安全，必须只让接收者和发送者知道对称密钥。那么就得每次发邮件都使用一个一次性的密钥，并且对这个密钥也进行加密（不要晕哦）。所以之前用于对邮件内容加密的接收者（recipient）的公钥，就改为对这个对称密钥进行加密。因为密钥都是很短的一个字符串，所以计算的慢点也不碍事了，因为要计算的东西少了嘛。

现在就成了下图所示的情况。

这就是本文最初给出的图示的推演过程啦。

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