用信鸽解释 HTTPS：爱丽丝的故事

21CTO社区导读：
密码与加密技术，在一般人的眼里是一个比较难理解的话题。它有不少数学公式，证明。除非我们是去开发密码学系统，其实大部分的复杂性没有必要去证明和理解。
如果你想创建下一代HTTPS协议，希望在本文中获得灵感，那我很抱歉的说，鸽子的故事还远远不够。看来您已做好心理准备了，来冲一杯咖啡，一起享用文章吧~

爱丽丝，鲍勃与信鸽

 
您在互联网上做任何的行为，包括阅读本篇文章，在Amazon上买东西，上传宠物猫图片等，归根结底都是发送与接送来自服务器的消息。
 
这似乎有些抽象，我们把这些信息想象是由信鸽来传递的。HTTPS的工作方式也和这一样，虽然速度要快很多。
 
我们不谈服务器，客户端和黑客，我们一起来讨论三个人：爱丽丝、鲍勃和马洛里的故事。如果你不是第一次理解密码学概念，那么我们将会一起认识和了解这些名字，因为它们在技术文献中被广泛使用。
 

第一次通信

 
如果爱丽丝希望发消息给鲍勃先生，她将写好的信绑在信鸽的腿上，让它带给鲍勃。鲍勃收到信，打开信很开心，这一切是多么美好！
 
但是马洛里是个好奇分子，在鸽子飞行过程拦截了它，拆开了信，看完还篡改了内容。鲍勃收到的信，也许五味杂陈，他不知道爱丽丝的信已经在中途被人为修改。
 
这个故事映射了HTTP 协议的工作原理，是不是有点可怕的权限？ 我肯定不会通过HTTP发送我的银行帐号，也不应该如此。
 

加密算法

 
如今，爱丽丝与鲍勃聪明了很多。
 
他们之间彼此同意使用密码来写信息。他们将每个英文字符在字母表后移3位。例如 D→A，E→B，F→C，例如“secret message”按此规则写就的内容就是：“pbzobq jbppxdb”。
 
现在，马洛里这个家伙再次拦截信鸽，他看不懂文中的内容，也就没办法来篡改成其他文字。
 
鲍勃同学知道加密规则，可以非常容易的将代码反向解密，A→D，B→E，C→F，密文被解密为“secret message”。
 
成功了！
 
这就是我们常说的“对称密钥”加密，即我们知道如何加密一个信息，也知道如何解密它。
 
我在上面描述的代码，通常被称为凯撒密码（Caesar cipher）。在现实生活中，我们使用更复杂的代码，但思想是一致的。
 

我们如何确定密钥 

 
如果除了发送者和接收者之外，没有其它人知道使用了什么密钥，那么，对称密钥和密码是非常安全的。在凯撒密码中， 关键是我们将每个字母移动了多少个字母。 在我们的例子中，我们使用了3个字符的偏移量，当然也可以使用4或12位。
 
如果爱丽丝和鲍勃同学在用信使之前并没有见过面，彼此并不认识，他们之间就无法安全建立密钥。 如果把密钥放在消息信体中，马洛里拦截后会发现这个密钥，他就可以顺利解密，阅读完信息，按照自己的意愿篡改消息中的内容。
 
这种情况被称为中间人攻击的典型例子，避免被攻击的唯一方法就是把加密系统全部重写。
 

信鸽携带一只盒子

 
爱丽丝和鲍勃同学一起重构了新的通信系统。 当爱立丝想要给鲍勃发消息时，她们按照下列步骤操作：
 
第一. 爱丽丝不发任何消息，只向鲍勃放飞信鸽；
第二. 鲍勃见到鸽子，再把一个已经打开的盒子交给鸽子带回给爱丽丝，但是盒子的钥匙在自己的手里；
第三. 爱丽丝收到开锁的箱子，把信息放在盒子里，锁上箱子，叫信鸽带给鲍勃；
第四. 鲍勃收到盒子，用钥匙开锁后阅读爱丽丝的信件。
 
这样，马洛里这个家伙再拦截鸽子，第一次毫无所获，第二次是个加锁的盒子，他也没办法打开，因为他没有钥匙。
 
当鲍勃想给爱丽丝发信的时候，也遵循同样的过程。
 
爱丽丝和鲍勃就是使用了密码学中所说的“不对称密钥”加密技术。
 
为什么叫不对称？ 就是即使你加密了一个消息（给盒子加锁），你也不能解密它（打不开一个已经上锁的盒子）。
 
在技术术语中，这个箱子被称为“公钥”，打开它的钥匙被称为“私钥”。
 

我如何信任这个盒子

 
可能你也注意到，这套系统仍然存在安全问题。
 
当鲍勃收到那个开放的盒子时，他怎么确定它一定来自爱丽丝。马洛里在拦截时，可以把盒子替换成自己的，返给鲍勃的信也可以被马洛里所篡改。
 
于是，爱丽丝决定在盒子上加上自己的签名，这样鲍勃在收到盒子时，先检查签名，确定是爱丽丝发送了盒子。
 
各位看官中一些人可能会想到，鲍勃如何识别爱丽丝的签名？ 这是个好问题。
爱丽丝和鲍勃也意识到这个情况，于是他们决定，不再使用爱丽丝签名的盒子，而转而使用泰德签名的盒子。
 
泰德是何方神圣？ 这是一位非常有名，值得依赖的长者。 泰德先生为每个人提供签名服务，人们都相信他只会给正直合法的人签名。
 
泰德确定爱丽丝要求签名，他只签署一个爱丽丝的盒子。 马洛里这厮如果替换由泰德签名的艾丽丝盒子，鲍勃会知道这是一个欺诈的盒子。泰德先生会验证两个人的身份才会给他们提供签名。
 
泰德长者在技术上通常被称为“证书颁发机构”，各位正在阅读本文的浏览器就附带着很多证书颁发机构的签名。
 

盒子有点重

 
现在，爱丽丝和鲍勃正在用一个可靠的系统进行通信。但是，他们发现携带盒子的信鸽比只携带信息的信鸽慢了不少。
 
于是他们决定将使用盒子的方法（非对称加密）换成选择一个密钥来使用对称加密消息（凯撒密码）。
 
这样，他们得到了两全齐美的收获：非对称加密的可靠性与对称加密的效率。
 

小结

 
在现实世界中，鸽子的速度并不会特别慢，使用非对称加密消息比用对称加密要慢，因此我们只有它来交换加密密钥。
 
现在，各位应该已经清晰HTTPS是如何工作的了。您的咖啡也应该准备好了，去喝吧，享受我们的美好生活 。
 
 

作者：Andrea Zanin。一名自学成长的程序员和数学爱好者。
编译：21CTO
来源：https://medium.freecodecamp.or … 93351