1、非对称密钥对可以用来进行加密（Confidentiality保密性）

        举个栗子，现在有2个人，Pam和Jim，两人之间需要通过非对称密钥对来给另一方发送数据。Pam通过某种途径将公钥分享给Jim，两人都各自保存着自己的私钥而别人获取不到他们的私钥（要知道的是私钥和公钥是匹配的，即密钥对）。

        我们将介绍在加密过程中，公钥和私钥是如何使用的。

• Jim想要发送一段秘密信息给Pam
• Jim需要做的是用Pam给的公钥来加密信息
• 只有与公钥相匹配的私钥才能进行解密并提取明文（这时世界上能解密这段信息的只有Pam的私钥，因为私钥不共享给别人）

        以上，非对称密钥就提供了数据的保密性（Confidentiality）

2、公钥和私钥还可以用与签名（Signatures）

        还是Pam和Jim，假设Pam不介意别人能看到信息（即care Confidentiality）

• 但是Pam想要确保是她发送的信息（Jim能确定这是Pam发送的）
• Pam能做的是，用她自己的私钥来加密该信息（现在能解密这段信息的只有Pam的公钥，Jim有相同的公钥，需要注意的是，别人也可能获得这个公钥，因为公钥不是私有的）
• 被公钥加密的信息被在线传输给Jim，如果Jim能够成功地用Pam的公钥解密信息，那么就证明的2件事：
  • Jim知道一定是Pam一定发送了该信息（Authentication）
  • Jim知道信息在传输时没有被修改（Integrity）。如果其他人从传输中截获信息，并修改了其中的内容，那么当Jim尝试用Pam的公钥解密信息时，Jim会得到混乱的信息。

        如果Jim能成功地用Pam的公钥解密信息，那我们就知道从Pam用自己的私钥加密信息时，该信息就没有被修改过。因而，我们可以用非对称密钥对来创建签名（Signature），它们为我们的Signatures提供了Authentication和Integrity。

        以上内容可知，非对称密钥对能够为我们提供加密（Encryption）和签名（Signatures），但在实际生活中，并不是这么简单。

        我们之前提到过非对称加密存在一定的局限性，例如：不能用于批量数据（更慢、更吃CPU），只能用于有限数据。

        取而代之，批量数据应该使用对称加密（Symmetric Encryption）来加密数据，然而对称加密也有它的问题，我们需要让它更安全。

        因此，我们为什么不用非对称密钥来分享对称密钥呢？（这就是SSL/TLS实际做的事）

3、通过非对称密钥来分享对称密钥

• Pam随机生成了一个对称密钥（该密钥是一连串的1或0）
• Pam用Jim的公钥来加密对称密钥（世界上能将该加密后的对称密钥解密到原先的状态的，就是Jim独有的私钥），Pam能它安全地进行在线传输。
• Jim用自己的私钥来解密Pam发送过来的信息，并提取得到初始的对称密钥

        现在双方就能够用安全的方式来建立完全相同的对称密钥

• 批量数据现在就能够用对称密钥进行加密
• 现在Pam想要给Jim发送信息，这时她会用她的对称密钥来加密该信息（世界上能够解密该信息的只有相同的用于加密的对称密钥）
• Jim用相同的对称密钥来进行解密并提取其中的内容

        这可以用于对任意数量的数据进行任意方向的操作。Jim也可以用加密后的对称密钥来安全地给Pam传输信息。现在双方都有了完全相同的对称密钥，他们可以用该对称密钥加密他们想加密的数据。

        以上所讨论的就是Hybrid Encryption（混合加密）

4、混合加密（Hybrid Encryption）

        定义：同时使用非对称加密和对称加密来加密信息

• 非对称加密用来促进密钥交换
• 有了该密钥就可以用对称加密来加密批量数据

        现在，我们重温下非对称加密和对称加密的优缺点：        

• 非对称加密
  • 劣势：更慢 - 需要更大的密钥长度；密文扩展
  • 优势：更安全 - 私钥不会被共享
• 对称加密
  • 优势：更快 - 低CPU占用；密文和明文大小相同
  • 劣势：不那么安全 - 密钥必须被共享

        混合加密结合了2个加密方式的优点，这种方式就是任何安全通信协议所使用的，这也就是SSL/TLS保护批量数据传输的方式，也是IP设置保护批量数据传输的方式。

5、利用非对称密钥进行签名（Signatures）的过程

        前文提到用私钥加密签名来获得数据完整性（Integrity）和真实性（Authentication），但是用私钥加密整条信息似乎不太可能，因为，非对称密钥有其局限性。那么我们能否对信息固定且具有代表性的样本进行签名呢？

        之前提到过哈希算法（将任意长度的信息输入，产出原始信息的“指纹”的算法），签名就是用哈希来简化这一过程。

• Pam计算出信息的哈希值，生成特定摘要（Digest）
• Pam用自己的私钥加密生成的摘要
  • 这才是实际的签名
  • 该签名被添加到要发送的信息中

• 另一侧，Jim用Pam的公钥对签名进行解密（这会得到Pam创建的摘要）

• Jim计算出收到的信息的哈希值，如果得到的摘要和Pam发送的摘要相匹配，这就证明了2件事情：
  • 信息从Pam签名开始就没有被更改过（如果信息被修改过，Jim就会得到不同的摘要），这就提供了数据的完整性（Integrity）
  • 只有Pam才可能创建该签名（该签名是Pam用自己的私钥加密摘要所形成），如果Jim能够用Pam的公钥进行解密，就证明了绝对是Pam的私钥签的名，因为世界上只有Pam自己拥有自己的密钥。这就为我们提供了数据的真实性（Authentication）

        因此，通过这种方式，用非对称密钥对生成签名，为签名的内容提供了完整性与真实性

        此外，还有许多东西可以被签名，例如：信息、证书、软件、邮件等等（you can sign everything）

混合加密：

• 用非对称加密来安全地创建对称密钥
• 对称密钥之后可用来对称加密来保护批量数据

签名：

• 用发送方的私钥来加密一串数据的哈希值
• 为被签名的东西提供数据完整性和真实性

参考文献

1、网站：Practical Networking.net：Practical TLS