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程序员之网络安全系列（五）：数字证书以及12306的证书问题

2016-01-12 15:12  敏捷的水  阅读(5930)  评论(20)  编辑  收藏  举报

系列目录:

前文回顾

假如，明明和丽丽相互不认识，明明想给丽丽写一封情书，让隔壁老王送去

  1. 如何保证隔壁老王不能看到情书内容？（保密性)
  2. 如何保证隔壁老王不修改情书的内容？（完整性)
  3. 如何保证隔壁老王不冒充明明？（身份认证)
  4. 如何保证明明不能否认情书是自己写的？（来源的不可否认)

程序员之网络安全系列（二）：如何安全保存用户密码及哈希算法 我们保证了数据的完整性

程序员之网络安全系列（三）：数据加密之对称加密算法
我们对数据进行了加密

程序员之网络安全系列（四）：数据加密之非对称加密算法
我们使用了非对称密钥算法，我们让“隔壁王叔叔”传递了秘钥。

中间人攻击

上面几步还是不够的，比如王叔叔在交换秘钥的过程中做了手脚呢？

如何做手脚？看下图：

  1. 王叔叔自己生成一个公私钥，和明明以及丽丽交换。
  2. 王叔叔冒充丽丽把自己的公钥发给明明。
  3. 明明用王叔叔的公钥对信件加密。
  4. 王叔叔用自己的私钥解密就可以看到明明给丽丽的邮件。
  5. 王叔叔冒充明明把自己的公钥发给丽丽。
  6. 丽丽用王叔叔的公钥对信件加密。
  7. 王叔叔用自己的私钥解密就可以看到丽丽给明明内容。

那么明明如何知道王叔叔给的公钥就是丽丽的公钥呢？那么就引入了数字证书

数字证书

概念介绍

那么王叔叔要让明明相信他给的公钥就是丽丽的公钥，那么他可以开一个证明，比如找权威机构“敏捷的水”给开个介绍信，介绍信上给加个公章。那么这里的介绍性就是数字证书, 公章就是数字签名, 那么"敏捷的水"就是颁发证书的机构CA(Certificate Authority)，也就是证书授权中心。

CA CA 是“Certificate Authority”的缩写，也叫“证书授权中心”。
它是负责管理和签发证书的第三方机构，就好比例子里面的“敏捷的水”。一般来说，CA 必须是大家都信任的、认可的。因此它必须具有足够的权威性。只有明明和丽丽都信任的人才能来证明，对吧？

CA证书: CA 证书，就是CA颁发的证书。

证书之间的信任关系: 用一个证书来证明另一个证书是真实可信。

证书信任链: 证书之间的信任关系，是可以嵌套的。比如，A 信任 A1，A1 信任 A2，A2 信任 A3......,这就是证书的信任链。只要你信任链上的第一个证书，那后续的证书，都是可以信任的。

根证书(Root Certificate): 下图，处于最顶上的树根位置的那个证书，就是“根证书”。除了根证书，其它证书都要依靠上一级的证书来证明自己。那谁来证明“根证书”？根证书自己证明自己，这时候我们用户就需要自己选择是否相信某个根证书。

根证书是整个证书体系安全的根本。如果某个证书体系中，根证书不再可信了，那么所有被根证书所信任的其它证书，也就不再可信了。　　

证书内容

我们看一下亚马逊的证书，当我们点击浏览器左边绿色的锁时，我们可以看到如下的证书。

我们挑重点的解释一下

  • Issuer (证书的发布机构)
    指出是什么机构发布的这个证书，也就是指明这个证书是哪个公司创建的(只是创建证书，不是指证书的使用者)。对于上面的这个证书来说，就是指"Symantec Corporation"这个机构。

  • Not valid before, Not valid after (证书的有效期)

  • Public key (公钥)

这个我们在前面介绍公钥密码体制时介绍过，公钥是用来对消息进行加密的。
  • Subject (主题)

这个证书是发布给谁的，或者说证书的所有者，一般是某个人或者某个公司名称、机构的名称、公司网站的网址等。

  • Signature algorithm (签名所使用的算法)

就是指的这个数字证书的数字签名所使用的加密算法，这样就可以使用证书发布机构的证书里面的公钥，根据这个算法对指纹进行解密，指纹的加密结果就是数字签名。

  • Thumbprint, Thumbprint algorithm (指纹以及指纹算法)

这个是用来保证证书的完整性的，也就是说确保证书没有被修改过，其原理就是在发布证书时，发布者根据指纹算法(一个hash算法)计算整个证书的hash值(指纹)并和证书放在一起，使用者在打开证书时，自己也根据指纹算法计算一下证书的hash值(指纹)，如果两者一致，就说明证书没有被修改过，因为证书的内容被修改后，根据证书的内容计算的出的hash值(指纹)是会变化的。 注意，这个指纹会使用CA这个证书机构的私钥用签名算法(Signature algorithm)加密后和证书放在一起，只有用CA的公钥才能解开这个签名。

证书是如何保证身份认证的

申请证书：

  1. Amazon.com 向Symantec 公司(CA) 申请证书。
  2. Symantec(CA) 生成一对公钥A和私钥B。
  3. Symantec(CA) 有自己的公钥C和私钥D。
  4. Symantec(CA) 把Issuer,公钥A,Subject(一般是网站的域名),Valid from,Valid to等信息以明文的形式写到证书里面，然后用一个指纹算法(SHA1或者MD5
    )计算出这些数字证书内容的一个指纹(摘要)，并把指纹和指纹算法用自己的私钥D进行加密，然后和证书的内容一起发给Amazon.com。
  5. Symantec(CA) 把私钥B给Amazon.com.

如何使用证书

  1. 用户访问amazon.com 这个网站
  2. amazon.com 把证书发给用户
  3. 浏览器读取证书。
  4. 浏览器发现证书机构是Symantec，然后会在操作系统中受信任的发布机构的证书中去找Symantec的证书，如果找不到，那说明证书的发布机构是个假的，或者不是被权威机构认证的，证书可能有问题，程序会给出一个错误信息。
  5. 如果在系统中找到了Symantec的证书，那么应用程序就会从证书中取出Symantec的公钥C，然后对amzon.com公司的证书里面的指纹和指纹算法用这个公钥C进行解密，然后使用这个指纹算法计算amazon.com证书的指纹，将这个计算的指纹与放在证书中的指纹对比，如果一致，说明amazon.com的证书肯定没有被修改过并且证书是Symantec发布的，证书中的公钥肯定是amazon.com的公钥A, 然后我们就可以用这个公钥A和amazon.com进行通信，因为只有amazon.com 有私钥B, 所以只有amazon.com才能解开信息。

注意 权威机构的证书都是内置在操作系统里的。

由此可见，一个证书受不受信任，那就要看你要不要添加到操作系统里，权威的认证机构的证书都内置在操作系统里的。

另外，我们自己也可以制作自签名的证书，但是需要别人认可你，这个在企业内部或者开发阶段是可以，我们可以自己制作一个证书添加到操作系统里。

那么，问题来了，当你访问https://www.12306.cn 时，你就会得到下面的结果

这是为什么呢？

我相信你看完本文应该清楚，那是因为12306 自己给自己发了个证书，而这个证书默认是没有被操作系统信任，

但是当我把根证书添加到操作系统后，依然是https://www.12306.cn 不行，然后我发现是证书对应的域名不对,证书对应的域名是https://kyfw.12306.cn 访问这个域名后，虽然证书验证通过，但是浏览器的锁还是没有变绿。

为什么呢？ 看提示，是因为12306使用了一个比较弱的机密算法（This site uses a weak security configuration (SHA-1 signatures), so your connection may not be private.），我猜他们是为了性能？？

但是，就算浏览器地址栏的锁不能变绿，我们还得订票不是吗？

我觉得12306可能需要一个操作系统内置的认证机构来发一个证书，不然普通的用户根本不知道怎么安装证书，如果不使用https，那么安全性如何得到保证呢？

最后

回到开头的例子，明明和丽丽可以找一个权威机构来发一个证书，而且自己都内置了这个权威机构的证书。当王叔叔把丽丽的证书给明明时，明明就可以知道证书是不丽丽给的，因此就可以确定证书里的公钥是否是丽丽的，如果可以确定是丽丽的，那么就可以确保加密的内容只有丽丽可以解开，因为只有丽丽有对应的私钥。