跟着ChatGPT一步步学习非对称加密、证书、CA、机构、根证书等概念

注：1. 我在和ChatGPT聊天的时候习惯加上“请”字，并且在它回复的特别棒的时候及时的对它说“牛逼”，以此希望当AI统治世界的时候它能对我show some mercy。

2.我没学过信息安全、密码什么的，之前对这些也没有兴趣，只是偶尔能听到一些“专业词语”，所以就把脑海中能回忆起来的“专业词语”组织一下给AI，看看AI能能不能给我讲明白。

PART 1： 非对称加密是啥

第一个问题：简单描述一下在api提供者和api使用者之间公钥和秘钥的作用和用途

(这个问题的来源是工作中需要和别的公司对接，然后生成一堆公钥秘钥，不知道是干嘛用的，身边没有老师，又看不懂csdn上面的大神写的东西，只能问问AI了！)

ChatGPT:

在 API 提供者和 API 使用者之间，公钥和私钥主要用于 加密 和 身份验证。

  1. 公钥（Public Key）：

    • 公钥用于加密数据或验证签名。API 提供者将公钥公开，API 使用者可以使用公钥加密请求数据或验证响应的签名。

    • 公钥是公开的，任何人都可以访问和使用它进行加密，但只有私钥持有者可以解密。

  2. 私钥（Private Key）：

    • 私钥用于解密数据或生成签名。API 使用者或 API 提供者会保管私钥，它用于解密由公钥加密的数据或对发送的数据进行签名。

    • 私钥是保密的，只有持有私钥的实体才能解密使用公钥加密的数据，或验证自己发送的数据的签名。

作用和用途：

  • 加密：API 使用者可以使用 API 提供者的公钥加密敏感数据，确保数据在传输过程中不被第三方读取。

  • 签名和验证：API 提供者或使用者可以使用私钥对数据进行签名，接收方使用公钥验证签名的真实性，确保数据未被篡改，并且来源可靠。

  • 身份验证：通过公钥和私钥配对，API 提供者和使用者可以验证彼此的身份，避免伪造请求。

总的来说，公钥和私钥的配对通过加密和数字签名确保了 API 通信的安全性和完整性。

第二个问题：公钥如何生成

ChatGPT:

 公钥通常是通过一对公私密钥生成算法（如 RSA、ECDSA、DSA 等）生成的。以下是一个常见的生成公钥的过程：

1. 选择加密算法

首先，你需要选择一个加密算法。常见的选择包括：

  • RSA：广泛使用的加密算法，生成的密钥对长度通常为 2048 位或 4096 位。

  • ECC（椭圆曲线加密）：相较于 RSA 更为高效，密钥长度较短但安全性较高。

  • DSA：数字签名算法，主要用于数字签名而非加密。

2. 生成密钥对

生成公私密钥对的基本步骤如下：

RSA 密钥对生成：

  1. 选择两个大素数 p 和 q。

  2. 计算 n = p * q，这是公钥和私钥的一部分。

  3. 计算欧拉函数 φ(n) = (p - 1) * (q - 1)。

  4. 选择一个整数 e（公钥指数），使得 1 < e < φ(n)，且 e 与 φ(n) 互质。通常选择一个小的常用值（例如 65537）。

  5. 计算私钥指数 d，使得 e * d ≡ 1 (mod φ(n))。

  6. 公钥：由 (n, e) 组成。

  7. 私钥：由 (n, d) 组成。

生成公钥：

公钥的生成过程已经包含在上述步骤中，n 和 e 即构成了公钥。

3. 使用工具生成密钥对

可以使用一些常见的工具和库来生成公私密钥对，以下是一些示例：

使用 OpenSSL（RSA 算法）生成密钥对：

# 生成 RSA 私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -aes256

# 从私钥中提取公钥
openssl rsa -pubout - in private_key.pem -out public_key.pem

　　

使用 Python（RSA 算法）生成密钥对：

你可以使用 cryptography 库来生成密钥对。

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric  import rsa
from cryptography.hazmat.primitives  import serialization

# 生成 RSA 密钥对
private_key  = rsa.generate_private_key(
    public_exponent = 65537 ,
    key_size = 2048
)

# 提取公钥
public_key  = private_key.public_key()

# 导出私钥和公钥为 PEM 格式
private_pem  = private_key.private_bytes(
    encoding = serialization.Encoding.PEM,
    format = serialization.PrivateFormat.TraditionalOpenSSL,
    encryption_algorithm = serialization.NoEncryption()
)

public_pem  = public_key.public_bytes(
    encoding = serialization.Encoding.PEM,
    format = serialization.PublicFormat.SubjectPublicKeyInfo
)

# 保存密钥
with  open ( 'private_key.pem' ,  'wb' ) as private_file:
    private_file.write(private_pem)

with  open ( 'public_key.pem' ,  'wb' ) as public_file:
    public_file.write(public_pem)

4. 公钥的用途

生成的公钥（通常是一个 PEM 或 DER 格式的文件）可以安全地公开给其他人或系统，用于加密通信或验证签名。私钥则应当妥善保管，确保安全。

这样，你就可以通过公钥和私钥的配对进行加密和解密、签名和验证了。

 

通过以上的问题和回答，其实我只理解了一句话。就是公钥是公开给大家的，大家都可以用公钥加密数据然后发给我，只有我自己能用我保管的私钥来解密数据，以此实现加密通信。

让AI带我上手试试吧！

第三个问题：我想做一个完整的测试的例子，来演示公钥和私钥的生成和使用。使用 OpenSSL（RSA 算法）来生成密钥对，以及后续如何使用的演示

ChatGPT:

好的，下面我会提供一个完整的测试例子，展示如何使用 OpenSSL 来生成公钥和私钥，以及如何使用它们进行加密、解密、签名和验证。

步骤概览：

  1. 使用 OpenSSL 生成 RSA 密钥对。

  2. 使用公钥加密数据。

  3. 使用私钥解密数据。

  4. 使用私钥签名数据。

  5. 使用公钥验证签名。

1. 生成 RSA 密钥对

首先，生成 RSA 私钥，并从私钥提取公钥。

# 生成 RSA 私钥（保存为 private_key.pem）
openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -aes256

# 从私钥中提取公钥（保存为 public_key.pem）
openssl rsa -pubout - in private_key.pem -out public_key.pem

　　

  • private_key.pem：保存了私钥，用于解密或签名。

  • public_key.pem：保存了公钥，用于加密或验证签名。

2. 使用公钥加密数据

假设我们有一段要加密的消息，使用公钥来加密它。

# 创建要加密的消息文件
echo "Hello, this is a test message!" > message.txt

# 使用公钥加密消息
openssl rsautl -encrypt -inkey public_key.pem -pubin - in message.txt -out encrypted_message.bin

　　

  • message.txt：包含要加密的消息。

  • encrypted_message.bin：加密后的消息，存储为二进制格式。

3. 使用私钥解密数据

使用私钥解密加密后的消息。

# 使用私钥解密消息
openssl rsautl -decrypt -inkey private_key.pem - in encrypted_message.bin -out decrypted_message.txt

  • decrypted_message.txt：解密后的消息，应该与原始消息相同。

4. 使用私钥签名数据

现在，我们使用私钥对消息进行签名，以证明消息的完整性和来源。

# 使用私钥签名消息
openssl dgst -sha256 -sign private_key.pem -out message_signature.bin message.txt

  • message_signature.bin：包含签名的文件。

  • message.txt：原始消息文件，用于生成签名。

5. 使用公钥验证签名

使用公钥验证签名，确保数据未被篡改，并且确实是由私钥持有者签名的。

# 使用公钥验证签名
openssl dgst -sha256 -verify public_key.pem -signature message_signature.bin message.txt

　　

  • 如果验证成功，OpenSSL 会返回 Verified OK，表示签名有效，数据未被篡改。

  • 如果验证失败，OpenSSL 会返回 Verification Failure。

完整流程总结：

  1. 生成密钥对：使用 OpenSSL 生成 RSA 私钥和公钥。

  2. 加密和解密：使用公钥加密消息，使用私钥解密消息，确保数据的机密性。

  3. 签名和验证：使用私钥签名消息，使用公钥验证签名，确保数据的完整性和真实性。

测试结果：

  • 加密与解密：加密后的消息 encrypted_message.bin 在解密时将恢复为原始消息。

  • 签名与验证：签名后的消息文件 message_signature.bin 可以通过公钥验证，确保其未被篡改。

这个流程可以演示公钥和私钥在数据保护中的常见用法，尤其是加密、解密、签名和验证签名的过程。

 

以上示例上手一遍后发现，这怎么是在我自己电脑上生成公钥和秘钥，我自己用公钥加密了数据又用私钥解密了，又是自己用私钥签名再用公钥验签，都是单方面完成的，没有体现出多个用户互相通信的概念。所以要继续修改一下问题。

第四个问题：刚才的演示流程我已经成功实现，大概明白了意思。但是我觉得这个只是在我自己的电脑上去做的，没有体现出公钥和私钥在多个用户之间传递文件或者通信的功能，请修改这个例子。

ChatGPT:

非常好，理解了公钥和私钥的基本概念。现在，我们可以修改这个例子，展示如何在 多个用户之间进行公钥加密和私钥解密，以及如何 签名和验证签名，以模拟实际的通信或文件传输场景。

目标：

  1. 用户 A：生成一对公钥和私钥，作为发送方。

  2. 用户 B：生成一对公钥和私钥，作为接收方。

  3. 用户 A 使用 用户 B 的公钥 加密数据发送给 用户 B。

  4. 用户 B 使用 自己的私钥 解密收到的数据。

  5. 用户 A 使用 自己的私钥 对数据进行签名。

  6. 用户 B 使用 用户 A 的公钥 验证签名。

这个过程模拟了如何在两个独立的用户之间安全地传递消息并确保数据的完整性和真实性。

步骤一：用户 A 和 用户 B 各自生成密钥对

1. 用户 A 生成公私密钥对

# 用户 A 生成私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out user_a_private.pem -aes256

# 用户 A 提取公钥
openssl rsa -pubout - in user_a_private.pem -out user_a_public.pem

　2. 用户 B 生成公私密钥对

# 用户 B 生成私钥
openssl genpkey -algorithm RSA -out user_b_private.pem -aes256

# 用户 B 提取公钥
openssl rsa -pubout - in user_b_private.pem -out user_b_public.pem

　　

步骤二：用户 A 使用用户 B 的公钥加密数据

假设用户 A 想要将一个消息发送给用户 B。为了确保只有用户 B 可以读取消息，用户 A 会使用 用户 B 的公钥 对消息进行加密。

# 用户 A 创建要加密的消息
echo "Hello, User B! This is a secret message from User A." > message.txt

# 用户 A 使用 用户 B 的公钥 加密消息
openssl rsautl -encrypt -inkey user_b_public.pem -pubin - in message.txt -out encrypted_message.bin

　　

  • encrypted_message.bin 是加密后的消息，用户 A 将这个文件发送给用户 B。

步骤三：用户 B 使用自己的私钥解密数据

收到加密消息后，用户 B 使用自己的 私钥 来解密消息。

 

# 用户 B 使用自己的私钥解密消息
openssl rsautl -decrypt -inkey user_b_private.pem - in encrypted_message.bin -out decrypted_message.txt

  • decrypted_message.txt 是解密后的消息，应该与 message.txt 内容一致。

步骤四：用户 A 使用自己的私钥签名数据

为了确保消息没有被篡改，并证明是由用户 A 发送的，用户 A 使用自己的 私钥 对消息进行签名。

# 用户 A 使用自己的私钥签名消息
openssl dgst -sha256 -sign user_a_private.pem -out message_signature.bin message.txt

  • message_signature.bin 是签名后的文件。

步骤五：用户 B 使用用户 A 的公钥验证签名

用户 B 收到消息后，使用用户 A 的 公钥 来验证消息的签名，确保消息的完整性和来源的真实性。

# 用户 B 使用用户 A 的公钥验证签名
openssl dgst -sha256 -verify user_a_public.pem -signature message_signature.bin message.txt

  • 如果验证成功，OpenSSL 会返回 Verified OK，表示签名有效，消息没有被篡改，并且确实是由用户 A 发送的。

完整流程总结：

  1. 密钥生成：用户 A 和用户 B 各自生成自己的 RSA 公私密钥对。

  2. 加密和解密：用户 A 使用用户 B 的公钥加密消息，用户 B 使用自己的私钥解密消息。

  3. 签名和验证：用户 A 使用自己的私钥对消息签名，用户 B 使用用户 A 的公钥验证签名。

模拟实际的通信：

  • 通过这种方式，用户 A 和用户 B 可以安全地交换敏感信息，确保数据的 保密性 和 完整性。

  • 签名验证 也确保了消息的 真实性，即确认消息确实来自发送者且没有被篡改。

通过这个演示，公钥和私钥的传递和使用就不再局限于一个用户，而是在多用户间的通信中展现了加密和验证签名的实际应用。

我（用户A）和办公室的同事（用户B）尝试了以上示例，然后我想：发送txt有点没意思啊，我加密一张美女图片发过去，再解密，岂不是很有意思？

于是我尝试用用户B的公钥去加密一张图片，结果报错了。

RSA operation error
23260:error:0406D06E:rsa routines:RSA_padding_add_PKCS1_type_2:data too large  for key size:crypto /rsa/rsa_pk1 .c:124:小白

只能继续求助AI了。

第五个问题：我使用公钥加密图片的时候报错了 RSA operation error 23260:error:0406D06E:rsa routines:RSA_padding_add_PKCS1_type_2:data too large for key size:crypto/rsa/rsa_pk1.c:124:

ChatGPT:

这个错误是由于你尝试使用 RSA 公钥加密的 数据大小 超出了密钥的最大承载范围。RSA 加密是基于块大小的，因此每次加密的数据不能大于密钥长度减去填充所需的字节数。通常，RSA 密钥对的大小（比如 2048 位）限制了每次加密的数据量。

解决办法：

  1. 调整要加密的数据大小：

    • RSA 加密的数据大小受密钥长度的限制。以 2048 位的 RSA 密钥为例，最多可以加密的字节数大约是 245 字节（由于填充算法，实际数据会稍小）。因此，对于较大的数据（如图片），你无法一次性加密整个文件。

  2. 使用对称加密：
    通常，针对大数据（如图片、视频、文件等）使用对称加密（如 AES）更为高效。RSA 用于加密小块数据或加密对称密钥本身，而对称加密算法用于加密大文件。

步骤：使用 RSA 加密对称密钥，再使用对称加密加密文件

    1. 生成对称密钥（例如 AES 密钥）：
      你可以生成一个 AES 密钥来加密图片文件。

# 生成一个 AES 密钥（256 位）
openssl rand -out aes_key.bin 32

　　

2. 使用 AES 加密图片文件：
使用 AES 密钥加密图片文件（例如 image.jpg）。

# 使用 AES-256 加密图片文件
openssl enc -aes-256-cbc -salt - in image.jpg -out image_encrypted.jpg -pass  file :. /aes_key .bin

　　

3.使用 RSA 加密 AES 密钥：
现在，使用 RSA 公钥加密生成的 AES 密钥。这样只有持有私钥的人才能解密 AES 密钥，从而解密图片。

# 使用 RSA 公钥加密 AES 密钥
openssl rsautl -encrypt -inkey user_b_public.pem -pubin - in aes_key.bin -out aes_key_encrypted.bin

　　

  • 4. 传输加密的文件：

    • 传输加密后的图片 image_encrypted.jpg 和加密后的 AES 密钥 aes_key_encrypted.bin。

  • 5. 用户 B 解密文件：

    • 用户 B 使用自己的私钥解密 AES 密钥。

# 用户 B 使用私钥解密 AES 密钥
openssl rsautl -decrypt -inkey user_b_private.pem - in aes_key_encrypted.bin -out aes_key_decrypted.bin

　　用户 B 使用解密后的 AES 密钥解密图片文件。

# 用户 B 使用 AES 密钥解密图片
openssl enc -d -aes-256-cbc - in image_encrypted.jpg -out image_decrypted.jpg -pass  file :. /aes_key_decrypted .bin

　　

总结：

  • RSA 加密：适合加密小数据（如密钥、短消息等）。

  • AES 对称加密：适合加密大文件（如图片、视频、文档等）。

  • 你可以使用 RSA 加密 AES 密钥，然后使用 AES 加密数据。这种方式将加密效率和安全性相结合，常用于实际应用中。

大概懂了，就是说非对称加密比如RSA只能加密比较小的数据，加密大一点的需要用对称加密。但是对称加密的秘钥如果泄露了那不就相当于没加密，所以再用非对称加密把对称加密的秘钥加密一下，之后解密的时候分两步解密即可。

 但是我决定在之后的提问中忽略对称加密这个环节。我就打算把整个流程都视作非对称加密。

 

PART 2： 公钥私钥和证书之间的关系

通过以上和ChatGPT的交流，我大概明白了公钥和私钥的关系。但是我隐隐约约好像有种猜测，比如，我想把我的公钥发送给全世界，让全世界想给我发消息的时候都通过我的公钥加密，然后我收到后再用私钥解密，这样就可以保证通信是加密的。但是我应该怎么才能把握的公钥高速全世界呢？难道和什么证书机构还是啥有关系？所以我就继续问AI。

第六个问题：刚才用户A和用户B之前通过公钥私钥加密传输文字的例子我已经懂了。那么请问公钥私钥和证书有什么关系？

ChatGPT:

很高兴你已经理解了公钥和私钥的加密过程！接下来，让我们来探讨一下 公钥私钥和证书之间的关系。

1. 公钥和私钥：

公钥和私钥是成对出现的密钥，用于加密和解密、签名和验证签名。它们是 非对称加密算法 的核心组成部分：

  • 公钥（Public Key）：可以公开，任何人都可以使用它来加密数据或验证签名。

  • 私钥（Private Key）：必须保密，只有持有者可以使用它来解密数据或签名数据。

2. 证书（X.509 证书）：

证书通常是指 公钥证书，它是一种标准格式的文件，用于提供公钥的身份验证和绑定。这些证书通常由 证书颁发机构（CA） 签发，旨在验证公钥和身份的真实性。

一个证书通常包含以下内容：

  • 公钥：持有者的公钥，用于加密或验证签名。

  • 持有者的信息：例如持有者的名称、电子邮件地址、组织等。

  • 证书颁发机构（CA）的签名：证书由 CA 签发，CA 使用自己的私钥对证书进行签名，以证明其有效性。

  • 证书有效期：证书的起始和截止日期。

3. 公钥、私钥与证书的关系：

  1. 公钥包含在证书中：

    • 证书实际上是公钥的 “封装”。证书将公钥与一些额外的元数据（如持有者身份和颁发者信息）一起包装，确保公钥的身份得到了验证。证书包含了公钥，并且由可信的 证书颁发机构（CA） 进行签名，以证明其合法性。

  2. 证书用于验证公钥的身份：

    • 证书的签名是由 证书颁发机构（CA） 的私钥生成的。其他人可以使用 CA 的公钥验证证书的签名，以确保证书没有被篡改，并且确实是由受信任的 CA 签发的。

    • 这样，通过证书验证公钥的合法性，避免了中间人攻击（MITM）。

  3. 私钥用于证书的签名验证：

    • 如果某个实体拥有一个证书，并且该证书由可信的 CA 签发，则该实体可以通过使用证书中的公钥对其发送的消息进行签名，从而证明自己是证书的持有者。

    • 证书的持有者会使用自己的私钥对数据进行签名，接收方使用证书中的公钥进行验证。

4. 证书的作用：

  • 公钥认证：证书可以帮助用户或系统验证某个公钥是否属于预期的主体（例如一个网站、用户或组织），并且这个公钥没有被篡改。

  • 信任链：证书帮助建立信任链。每个证书都可以被上级 CA 或根证书签署，而根证书是由操作系统或浏览器信任的。如果证书可以追溯到一个受信任的根证书，那么证书就被认为是可信的。

  • 加密通信：证书被广泛用于 HTTPS（HTTP Secure）协议中，通过 SSL/TLS 协议实现对称加密通信。在 SSL/TLS 握手过程中，服务器会发送自己的证书（包含公钥）给客户端，客户端使用证书验证公钥是否合法，然后使用该公钥加密对称加密的密钥，开始安全的通信。

5. 常见的证书类型：

  • X.509 证书：最常见的公钥证书标准，通常用于 SSL/TLS 通信中。

  • 自签名证书：由持有者自己签名的证书，通常用于开发和测试环境，但不被浏览器或操作系统默认信任。

  • 受信任证书：由认证的证书颁发机构（CA）签发的证书，广泛用于生产环境。

总结：公钥、私钥和证书的关系

  • 公钥和私钥 是非对称加密的基础，用于加密、解密和签名验证。

  • 证书 是公钥的认证工具，包含公钥以及证书持有者的身份信息，证书由 证书颁发机构（CA） 签发，用来验证公钥的身份和合法性。

  • 证书用于确保公钥在通信中的身份可靠性，防止中间人攻击，同时证书的签名由 CA 使用其私钥生成，证明公钥是可信的。

证书使得公钥和私钥的管理更加安全和可靠，尤其在需要信任和身份验证的场合，如安全的 Web 通信（HTTPS）中。

 
 
上面这个回答长度有点长，作为一个小白我还是不太理解，需要一个更加明确的例子来进一步理解。
 
第七个问题：请给我一个实际的网站还有用户之前通过证书来保证通信安全的例子
 ChatGPT:

当然可以！一个现实中非常典型的例子就是：**你每天访问的 HTTPS 网站（比如 https://www.google.com）**。我们来具体看一下这个场景背后发生了什么：

✅ 现实例子：用户通过证书与 Google 通信

📌 场景

你在浏览器里访问：

https: //www .google.com

　　

🛡️ 过程简要说明：

  1. 浏览器连接 Google 服务器

    • 你的浏览器说：“我想和你建立一个安全连接（HTTPS）”。

  2. Google 服务器返回它的数字证书

    • 这个证书是由一个受信任的证书颁发机构（CA）签发的。

    • 证书中包括：

      • Google 的公钥

      • Google 的域名（证明这是 google.com）

      • 签发机构信息（例如：DigiCert、GlobalSign）

      • 有效期、序列号等信息

      • 一个由 CA 对这些内容生成的数字签名

  3. 浏览器验证证书是否可信

    • 浏览器内置了很多受信任的根证书。

    • 浏览器用这些根证书验证 Google 的证书签名是否有效。

    • 如果验证通过，说明：

      • 这个公钥确实是 google.com 的

      • 这个公钥没有被伪造

  4. 建立安全通道（TLS握手）

    • 浏览器生成一个临时密钥（或会话密钥），用 Google 的公钥加密后发给 Google。

    • 只有 Google 拥有相应私钥，才能解密。

    • 之后双方用这个会话密钥进行加密通信。

🔐 安全性保障：

  • 即使你在不安全的 Wi-Fi 环境中（比如机场、咖啡厅），别人也无法看到你访问 Google 的内容。

  • 正是因为浏览器信任了证书签发机构，才信任 Google 的公钥。

📷 如果你想验证这一点：

你可以在浏览器中打开 https://www.google.com，然后点地址栏的🔒图标：

  • 查看证书

  • 你会看到：

    • 签发者：如 GTS CA 1C3

    • 公钥算法、有效期等

    • “此证书由受信任机构颁发”

这就是现实中公钥被广泛使用的方式之一，而且它是你每天都在使用的技术之一。

你有兴趣看一个类似的非网站（比如邮件加密）例子吗？

这个回答，我似乎明白了一部分内容。但是我刚才好像忘记点了ChatGPT的"推理“，为了得到更加相信的推理后的回答，我又把这个问题重新问了一遍。
第八个问题：请给我一个实际的网站还有用户之前通过证书来保证通信安全的例子
 ChatGPT（推理）:

当然，使用数字证书来保证通信安全的例子非常常见，尤其是在现代互联网中。以下是一个实际的例子：

实际例子：HTTPS 网站通信

1. 网站：Google

2. 用户如何通过证书保证通信安全：

  • 加密通信：当你访问 Google 时，你的浏览器与 Google 的服务器之间建立了一条加密的通道，这个通道使用的是 TLS（传输层安全） 协议，前提是服务器向浏览器提供了一个 SSL/TLS 证书。这个证书包含了公钥，保证了数据在传输过程中是加密的。

  • 证书作用：

    • 服务器身份验证：在建立加密连接之前，Google 会将它的证书（包含公钥和网站身份信息）发送给你的浏览器。浏览器会验证这个证书是否是由可信的证书颁发机构（CA）签发的，且证书是否有效。

    • 加密通信：浏览器验证证书之后，会利用 Google 公钥加密一个 对称密钥，然后将它传送给 Google。之后所有通信数据都会使用这个对称密钥加密，确保数据传输过程中的安全。

3. 信任的根证书

  • 当你访问网站时，浏览器会检查这个网站的证书是否由受信任的证书颁发机构签发。

  • 如果证书是由受信任的机构签发，浏览器就会展示绿色的 锁 图标，表明连接是安全的。

4. 证书的签发流程：

  • Google 向证书颁发机构（例如：DigiCert, Let's Encrypt 等）申请数字证书。

  • 证书颁发机构会验证 Google 的身份，确保是 Google 申请证书。

  • 证书颁发机构会签署这个证书，表示它的有效性。

  • 浏览器信任这些权威证书颁发机构，所以当 Google 的证书被验证通过时，你就可以放心地与 Google 安全通信。

总结

在 HTTPS 网站（如 Google）中，数字证书的主要作用是通过公钥加密确保了以下几点：

  1. 加密通信：用户与服务器之间的通信内容无法被中途篡改或窃取。

  2. 身份验证：用户可以确认网站的身份，确保是访问的真正网站，而不是冒充的网站。

  3. 数据完整性：保证数据在传输过程中未被更改。

这个过程是现代互联网通信安全的基础，广泛应用于各种在线支付、银行服务、电子邮件、社交媒体等。

你是否打算在自己的项目中使用类似的证书来保障通信安全？

根据这个回答，那我猜测大概的意思是，谷歌为了确保自己的网站和用户之间的通信是安全的，它会向一个可信任的证书颁发机构（CA）来申请证书，证书里包含了谷歌自己的公钥、以及谷歌的类似于自己的身份证号之类的基本信息，还包括CA本身的一个签名数据，我猜这个签名数据就是用CA自己的私钥去对谷歌的公钥、谷歌的身份证号类似信息这个整体来做一个摘要。
这样用户如果访问了谷歌，谷歌把CA给它颁发的证书发给用户。
然后1. 浏览器里面本身内置了常见CA（比如给谷歌颁发了证书的CA）的公钥；
2. 用户（浏览器）用CA的公钥对接收到的谷歌证书里带的CA做的签名来解密验证，验证完确定这个证书就是CA给谷歌的，里面真的有谷歌的公钥；
3. 用户用谷歌的公钥做一个对称秘钥，然后把它发给谷歌。谷歌用私钥解密后得到同样的对称秘钥了；
4. 之后的通信都会通过这个对称秘钥加密，然后确保了只有谷歌能收到用户能理解内容。
为了验证我的猜测,我又继续问了这个问题
第九个问题：浏览器获取到了google的证书，那浏览器是如何验证这个证书真的是google的？
ChatGPT:

浏览器如何验证 Google 证书的真实性，主要依赖于证书链的概念，以及一个叫做**根证书（Root Certificate）**的机制。下面是具体的验证过程：

1. 证书链（Certificate Chain）

SSL/TLS 证书实际上是一个证书链，由多个证书组成。这个链条的最顶端是根证书，然后是中间证书，最后是服务器证书，也就是像 Google 这样的服务器证书。浏览器会验证这个证书链，以确保每一环都能被信任。

2. 验证步骤：

步骤 1：Google 服务器发送证书

  • 当你访问 Google 网站时，Google 的服务器会向浏览器发送它的 SSL/TLS 证书，这个证书中包含了 Google 的公钥以及网站的身份信息。

  • 证书通常还包含由中间证书颁发机构（Intermediate Certificate Authority，简称 ICA）签发的数字签名，用来证明这个证书是由一个可信的机构发出的。

步骤 2：浏览器检查证书的签发机构

  • 浏览器会先检查 Google 证书中包含的签发机构的 中间证书。如果它没有直接列出根证书，浏览器会向操作系统查询，或是向在线证书吊销列表（OCSP）查询。

  • 根证书是由可信的证书颁发机构（CA）预先存储在浏览器中（如 DigiCert, Let's Encrypt, GlobalSign 等）。浏览器会检查这个证书是否由受信任的根证书签发，根证书通常是预安装在操作系统或浏览器中的。

步骤 3：验证证书签名

  • 证书中包含了签发机构用其私钥加密的签名，这个签名用于确保证书在传输过程中未被篡改。浏览器使用证书中的公钥对签名进行验证。

  • 如果签名验证通过，浏览器会进一步检查证书是否有效，比如证书是否已经过期、证书的域名是否与当前网站的域名一致等。

步骤 4：检查证书的吊销状态

  • 浏览器还会验证证书是否被吊销。浏览器通过查询**证书吊销列表（CRL）或使用在线证书状态协议（OCSP）**来确认证书的有效性。

步骤 5：验证证书的合法性

  • 浏览器检查证书是否符合以下条件：

    • 域名匹配：证书上的域名必须与用户访问的域名匹配。也就是说，Google 的证书上必须列出 www.google.com（或者其他 Google 子域名）等域名，而不能是某个其他网站的域名。

    • 证书有效期：证书必须在有效期内。

    • 签发机构可信：证书的签发机构必须是浏览器预设的受信任的根证书机构。

步骤 6：成功验证

  • 如果浏览器完成了上述检查且一切正常，它会将该连接标记为安全，并在地址栏显示绿色的锁图标，表示通信加密且网站身份可信。

3. 证书链举例

假设 Google 使用了以下证书链：

  1. 服务器证书（Google）：Google 的证书，包含它的公钥和网站信息。

  2. 中间证书（Intermediate CA）：一个由受信任的证书颁发机构（如 DigiCert）签发的证书，用来签署 Google 的服务器证书。

  3. 根证书（Root CA）：一个由浏览器预安装的根证书，比如 DigiCert 的根证书，它是受信任的证书颁发机构的根。

浏览器通过从下到上地验证这个证书链，最终确保所有的证书都由一个受信任的证书颁发机构签发。

总结

浏览器通过以下几个步骤验证 Google 证书的真实性：

  1. 验证证书链中的每一个证书的有效性；

  2. 确保证书由受信任的证书颁发机构签发；

  3. 验证证书的有效期、域名是否匹配、证书是否被吊销；

  4. 如果一切验证通过，浏览器就会显示绿色的锁图标，标记该网站为安全。

这个过程确保了用户与 Google 之间的通信是安全且私密的，防止了中间人攻击等安全威胁。

你有想过使用类似的机制来保护自己的网站或应用的通信吗？

通过上面的回答，我感觉我还是遗漏或者有一部分没理解。
比如，我觉得用户通过谷歌的公钥生成了对称秘钥发给谷歌，然后用户之后的请求都对称加密，谷歌解密。这个好像是确实实现了用户到谷歌这个方向的加密。
那么谷歌的相应数据是怎么加密传输到用户方面的呢？也是用这个同样的对称秘钥加密然后传输给用户，用户再用谷歌的公钥解密？？慢着，用公钥解密？？怎么听起来怪怪的。
所以我得继续问AI.
 
第十个问题：我根据你的回答，得出的结论是：用户可以通过浏览器和可信任的证书颁发机构给google颁发的证书来实现用户方面给google发送加密信息，那google给用户发送的信息是如何保证加密的呢
ChatGPT:
 

下面详细说明在TLS（HTTPS）连接中，Google（服务器）如何将加密的数据安全地发送给用户（浏览器），保证双向通信都是加密的。

1. TLS 握手回顾

在建立HTTPS连接时，客户端（浏览器）与服务器（如 Google）通过TLS握手协商出一组对称会话密钥（session keys），之后双方都使用这组密钥进行加密通信。

  1. Client Hello
    浏览器发起连接，发送支持的TLS版本、加密套件列表（Cipher Suites）、一个随机数（Client Random）等信息。

  2. Server Hello + 证书
    Google 服务器从中选择加密套件，返回服务器随机数（Server Random）和其 服务器证书（包含公钥和CA签名）。浏览器验证证书合法性（见前述流程）。Connect, protect, and build everywhere

  3. 密钥交换

    • 如果使用RSA密钥交换：浏览器生成一个随机的“Pre‑Master Secret”，用服务器公钥加密后发给服务器；

    • 如果使用（椭圆曲线）Diffie‑Hellman：双方各自生成DH参数并交换，得出相同的共享秘密。
      Wikipedia

  4. 会话密钥生成
    浏览器和服务器分别利用 Client Random、Server Random 和 Pre‑Master Secret，通过伪随机函数（PRF）推导出一组对称会话密钥（包括 Client Write Key 和 Server Write Key）。Connect, protect, and build everywhere

  5. Finished 消息
    双方互发用会话密钥加密的“Finished”消息，确认握手无篡改，握手完成，进入加密数据传输阶段。

2. 会话密钥与双向加密

  • 对称加密优势：公钥加密运算成本高，实际通信中使用对称算法（如 AES）效率更高。F5, Inc.

  • TLS 为每个方向分别派生密钥：

    • Client Write Key：浏览器用它加密发往服务器的数据，服务器用相同密钥解密；

    • Server Write Key：服务器用它加密发往浏览器的数据，浏览器用相同密钥解密。Medium

因此，一旦握手完成：

  • 浏览器加密请求 → 服务器解密

  • 服务器加密响应 → 浏览器解密

所有应用层数据（HTML、JSON、图片等）都在这对对称密钥之上进行加密和完整性保护。

3. 服务器（Google）如何加密发送给用户

  1. 记录协议（Record Protocol）
    TLS Record Protocol 将应用层数据分割、压缩（可选）、添加消息认证码（MAC），然后用 Server Write Key 和协商好的对称算法（如 AES-GCM）加密。

  2. 打包并发送
    加密后的数据包通过TCP发送给浏览器，网络中即使被截获，也无法在没有会话密钥的情况下解密。

  3. 浏览器解密
    浏览器收到后，用同样的 Server Write Key 解密，并验证MAC，确保数据完整无篡改，然后呈现给用户。

整个过程保证了：

  • 机密性：中间人无法读取内容；

  • 完整性：篡改必被检测；

  • 双向加密：不仅用户发送给Google是加密的，Google的响应也同样加密。

4. 小结

  • TLS 握手利用非对称加密（公钥/私钥或DH）安全地交换或协商出一组对称会话密钥。

  • 会话期间，双方使用这组对称密钥分别对“客户端→服务器”和“服务器→客户端”数据进行加密。

  • 因此，Google 返回给用户的所有数据都在对称加密层（如 AES）下传输，只有持有相同会话密钥的浏览器才能解密。

这样就实现了真正的双向加密，防止了窃听和篡改。

 
这次ChatGPT的回答参考了很多英文网页，我并没有勾选“搜索”，只勾选了“推理”。而且它的回答中还有很多英文没翻译。
我猜测是因为问题越来越深入，用in layman's terms已经不太能够描述出来了，这个必须得详细解释TLS协议。
此时我打算放弃继续深入了解。
上面的回答中，还有一个我忽略了理解的，就是证书链、根证书这个概念。所以我打算还是先问问这个。
 
 
第十一个问题：证书链、根证书是什么，如何理解和使用
ChatGPT:

下面用技术细节说明什么是根证书和证书链，以及它们在实际中如何理解和使用。

一、核心概念

  1. 根证书（Root Certificate）

    • 由根证书颁发机构（Root CA）自签名生成，Issuer = Subject。

    • 它的公钥和元数据预安装在操作系统或浏览器的“信任存储”（Trust Store）中，作为信任锚（Trust Anchor）。

    • 由于其地位至高，根私钥通常离线保管，仅用于签发中间证书或发布撤销列表，减少泄露风险。

  2. 中间证书（Intermediate Certificate）

    • 由根CA 签发或由其他中间CA签发，用来进一步分发签发权限。

    • 用它的私钥签发服务器（或客户端）证书，形成“链层级”，降低根私钥暴露面。

  3. 终端实体证书（Leaf Certificate）

    • 也称服务器证书（Server Certificate），包含服务器公钥和域名信息。

    • 由中间CA签发，用于 TLS 握手中证明服务器身份，并在握手中交换会话密钥。

  4. 证书链（Certificate Chain）

    • 从终端实体证书一路到根证书的有向签名路径：

  
Leaf Cert ──signed by──▶ Intermediate Cert ──signed by──▶ … ──signed by──▶ Root Cert

　　客户端在验证时，只需信任根证书，即可递归验证每一级签名，完成对 Leaf 证书的信任判断。

二、验证流程要点

  1. 构建链

    • 服务端在握手时不仅发送自己的 Leaf 证书，还要附带必要的中间证书，帮助客户端拼出完整链到达根证书。

  2. 签名校验

    • 客户端依次使用链上上级证书的公钥，验证下级证书的数字签名。

    • 最后用预装的根证书公钥验证其下一级中间证书的签名。

  3. 其它检查

    • 域名匹配：证书中的 Common Name (CN) 或 Subject Alternative Name (SAN) 必须包含访问域名。

    • 有效期：证书的 Not Before 和 Not After 范围必须包含当前时间。

    • 撤销状态：通过 OCSP 或 CRL 查询，确认证书未被撤销。

 

三、如何理解与使用

1. 对服务器管理员

  • 申请证书

    1. 生成私钥：

      openssl genrsa -out server.key 2048

    2. 生成 CSR（证书签名请求）：

      openssl req -new -key server.key -out server.csr \ -subj "/C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=Example Corp/CN=www.example.com"

    3. 将 CSR 提交给 CA（如 Let’s Encrypt、DigiCert），获取 server.crt（Leaf 证书）及中间链 chain.pem。

 部署证书
在 Web 服务器（如 Nginx、Apache）中，配置时需同时加载 Leaf 证书和中间证书：
ssl_certificate      /path/to/server.crt;    # 包含 Leaf + Intermediate
ssl_certificate_key  /path/to/server.key;

2. 对客户端/开发者

  • 检查信任

    • 在浏览器中，访问 HTTPS 网站时，开发者可点击锁标志查看「证书路径」，确认链条完整且末端根证书在“受信任根”列表中。

    • 在命令行，用 openssl 验证证书链：

      openssl verify -CAfile root.pem \ -untrusted chain.pem server.crt

  • 自建 PKI 场景

    • 若在内网或测试环境，需要自签名根证书并分发给所有客户端，将其导入信任存储：

      # 生成自签根证书 openssl genrsa -out root.key 4096 openssl req -x509 -new -nodes -key root.key -sha256 \ -days 3650 -out root.pem -subj "/CN=My Root CA"

    • 客户端将 root.pem 导入操作系统或浏览器的受信任根证书列表，之后由此根签发的中间证书及 Leaf 证书即可被信任。

四、类比理解

  • 信任链就像层层盖章的公文：根证书是“国家机关”最高印章，中间证书是“省、市”级印章，Leaf 证书是“基层单位”签发的文件。只有当所有印章层层验证无误，文件才算正式有效。

通过以上方式，你就可以理解根证书和证书链的概念，掌握在生产环境或自建场景下如何正确申请、部署与验证证书，确保 TLS/SSL 通信的安全性。

通过上面回答，能理解大概意思就是，证书链就是信任链，客户端想上验签，一级一级直到根证书，只要客户端选择相信根证书，那么就相当于信任得到了验证。

但是客户端凭什么要信任根证书？

第十二个问题：
客户端为什么要信任根证书？凭什么相信？
 
ChatGPT:

客户端之所以信任根证书，主要基于以下几点：

  1. 根证书预装于操作系统/浏览器
    — 操作系统厂商（如 Microsoft、Apple、Google Android）或浏览器厂商（如 Mozilla、Chrome）会在其发行版中预先“种入”一批根证书，存放在“信任存储”（Trust Store）里。
    — 这批根证书来自于经过严格审计、符合行业规范的证书颁发机构（CA）。当你安装系统或浏览器时，就自动获得了这些根证书。

  2. CA 的资质与审计
    — 要成为被预装的根 CA，机构必须通过 WebTrust、ETSI 等第三方安全标准的审计，向平台厂商证明：

    1. 私钥管理符合 FIPS 140-2 等国家级安全标准；

    2. 签发流程（从身份验证到证书颁发）严格遵循行业最佳实践；

    3. 定期接受安全和合规性检查。
      — 审计报告向各大操作系统和浏览器厂商公开，保证 CA 能力和廉洁性。

  3. 厂商的“信任背书”
    — 当你使用某个操作系统或浏览器时，你默认信任它的安全团队和供应链管理：

    • 他们负责挑选、定期评估、并在必要时“剔除”不合规的根证书。

    • 如果某个根 CA 出现安全事故或违规，厂商会通过更新机制（Windows Update、浏览器自动更新）撤销或禁用该根证书。

  4. 物理与流程安全
    — 根 CA 的私钥往往存放在高度受保护的硬件安全模块（HSM）或离线环境中，只有极少数授权人员能在严格监控下访问。
    — 它们不会直接签发终端证书，而是先签发中间证书，中间证书才用于批量签发，从而降低根私钥暴露风险。

  5. 使用者的默示同意
    — 当你接受操作系统或浏览器的安装与更新协议时，便默认同意其信任列表和管理策略。
    — 这是一种“社会化信任”——你相信这些大厂商有能力和责任去维护一个安全可靠的 CA 名单。

简单类比

想象根证书就像国家教育部颁发的教师资格证：

  • 教育部（Root CA）是一切教学资质的最高发证机构。

  • 它只把资格证发给那些通过严格考试与审查的老师（中间 CA）。

  • 老师再去给学生发成绩单（终端证书）。

  • 社会（客户端）信任教育部颁证体系，于是只要看到老师的成绩单盖有教育部印章，就放心相信它是真实有效的。

总结：客户端信任根证书，是因为它们内置于系统/浏览器中，由平台厂商通过严格的资质审核、定期审计和更新机制来维护；这构成了整个 TLS/SSL 公钥基础设施（PKI）的信任基石。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
posted @ 2025-05-09 12:04  import_SOBER  阅读(114)  评论(0)    收藏  举报