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在介绍数字签名和数字证书前，先简单了解两个算法：Hash算法和RSA算法。

Hash算法：Hash算法是将可变长度的数据块M作为输入，产生固定长度的Hash值（或者叫做摘要）。可以将Hash算法看作一个非常复杂的CRC算法，例如CRC32。CRC32可以对任意长度的数据块计算出长度为4个字节CRC值。

Hash算法具备这样的特点：对于较大的输入集合使用该算法，产生的输出结果均匀地分布且看起来随机。概括的说，Hash算法的首要目标是保证数据的完整性（类似CRC算法，也是用来保证数据的完整性），对于M任何一位或者几位的改变，都将极大地改变Hash值（摘要）。

Hash函数的特性：

（a）对预先指定的Hash值无法找到对应的数据，即从摘要无法推算出原文；

（b）很难找到两个不同的数据块对应相同的Hash值（即抗碰撞性）。由于Hash函数具备上述特性，所以常被用来判断数据是否被篡改。例如数据通信过程中，数据发送方对传输数据计算Hash值，然后将Hash值附在传输数据后面。数据接收方，收到传输数据后和Hash值后，首先对数据进行Hash值计算，如果计算的Hash值等于接收到的Hash值，则认为数据没有被篡改。

RSA算法： RSA是一种公钥算法，属于非对称加密算法。它包含两个密钥：一个私钥和一个公钥，这个两个密钥中的任何一个都可以用来加密，另外一个用来解密。即公钥加密，只有私钥才可以解密出数据，私钥加密只有公钥才可以解密出数据。它的特点：仅根据加密算法和加密密钥无法推算出解密密钥。其主要步骤如下：

（1）每个用户产生一对密钥（即公钥和私钥），用来加密和解密消息。

（2）每个用户需要安全保存（安全保存，即密钥不能被替换，暴露）自己的私钥，将自己的公钥以某种安全方式传递给需要与其通信的用户。如下图a,b所示，每一个用户可以拥有若干个其他用户的公钥。

（3）若Bob要发消息给Alice，则Bob用Alice的公钥对消息加密；

（4）Alice收到消息后，用其私钥对消息进行解密。由于只有Alice知道自身的私钥，所以其他接收者均无法解密出消息。

（5）若Bob要发送消息给Alice，Bob用自己的私钥对消息进行加密；

（6）Alice收到消息后，用Bob的公钥进行解密。由于只有Bob拥有私钥，所以可以证明此消息是Bob发送的，不可能是其他非法用户发送的。这就类似我们日常生活中的“签名”，人的笔记很难被别人模仿，只有签名者能写出。

下面讲解数字签名

1、 鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，和一把是私钥。

2、鲍勃把公钥送给他的朋友们----帕蒂、道格、苏珊。

3、苏珊要给鲍勃写一封保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密，这样就达到了保密的效果。

4、鲍勃收信后，用私钥解密，就看到了信件内容。这里要强调的是，在鲍勃的私钥没有泄露的情况下，这封信就是安全的，即使落在别人手里，别人也无法解密出来。

5、鲍勃给苏珊回信，决定采用"数字签名"。他写完后先用Hash算法，生成信件的摘要（即之前讲的Hash值）。

6、然后，鲍勃使用私钥，对这个摘要加密，生成"数字签名"（signature）。

7、鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。

8、苏珊收信后，取下数字签名，用鲍勃的公钥解密，得到信件的摘要。

9、苏珊再对信件本身使用Hash函数，将得到的结果，与上一步得到的摘要进行对比。如果两者一致，就证明这封信件的内容和数字签名没有被篡改，即信件内容完整，和签名正确（即信件是鲍勃（身份合法）发送的）。如果苏珊计算出来的Hash和公钥解密出来的Hash不一致，则要么数字签名被篡改或者信件内容被篡改。

注：在这个过程中，信件内容是不进行加密的，任何人获取该信件，都是直接读取信件内容。同样拥有公钥的道格，也可以验证信件完整和信件来源。

10、复杂的情况出现了。道格想欺骗苏珊，他偷偷使用了苏珊的电脑，将鲍勃的公钥改成自己的公钥。此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥，但是她还以为这是鲍勃的公钥。因此，道格就可以冒充鲍勃，用自己的私钥做成"数字签名"，写信给苏珊，让苏珊用假的鲍勃公钥进行签名验证。

11、后来，苏珊感觉不对劲，发现自己无法确定公钥是否真的属于鲍勃。她想到了一个办法，要求鲍勃去找"证书中心"（certificate authority，简称CA），为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对鲍勃的公钥和一些相关信息一起加密，生成"数字证书"（Digital Certificate）。

注：这里认证可以理解为我们的身份证，CA可以认为某个公认的权威机构，如公安局。只要苏珊拿到CA（公安机关）颁布给鲍勃证书（身份证），那么她就可以确认证书的有效性（最多到公安机关再确认一遍）。

12、鲍勃拿到数字证书以后，就可以放心了。以后再给苏珊写信，只要在签名的同时，再附上数字证书就行了。

13、苏珊收信后，用CA的公钥解开数字证书，如果证书验证有效（证书的验证也和前面苏珊对鲍勃的签名验证过程一样，只不过这里用的是CA的公钥），那么就可以确认证书的内容有效，没有被篡改。既然内容没被篡改，那么证书中的鲍勃的公钥也是有效的。就可以用证书中的鲍勃的公钥对信件签名进行验证，进而验证信件内容是否有效。

注：如何安全保存CA公钥不被替换有多种方式，比如在嵌入式系统中可以使用单片机MPU保护或者采用加密等方式。有的小伙伴可能会说，既然CA的公钥可以安全保存确保不被替换，那鲍勃的公钥可以被安全保存。确实如此，那为什么还需要数字证书呢？有证书的好处是，在同一家认证机构使用相同CA公钥认证过的机器之间是可以相互进行身份识别的。如果有0001、0002、……1000一千个人需要和苏珊进行邮件交流，那么苏珊需要安全存储这1000个人的公钥，对于苏珊来说，管理起来不容易。那么他这1000个人都可以向CA申请一个证书，每次发邮件是附上数字证书就可以了。对于苏珊来说只需要存CA的一把公钥就可以了。

在嵌入式系统中的实际应用场景：

1、引导程序通过数字签名方式，对刷入的App应用程序进行签名验证，如果验证通过，说app来源合法，否则认为刷新失败。

2、通过数字证书，对设备进行身份确认，如果验证通过，则与设备进行通信，否则认为设备非法，不进行后续通信。

转自：https://mp.weixin.qq.com/s/MuEGqHoT_tA-bmYt88IRyg