在当今这个互联互通的时代，网络安全比历史上任何时候都更为重要，它守护着我们所有的数字资产。本文将深入探讨非对称加密技术——一种确保数字操作真实性、完整性和保密性的关键方式。
什么是非对称加密？
想象一下，2000多年前，凯撒大帝通过加密手段保护他的军事秘密。在当今数字时代，保护信息是否仍然可以这么简单呢？
随着技术的发展，加密成为了安全防护的又一道防线。尽管对称加密技术能够在一定程度上确保信息的保密，但它无法全面保障信息传递的真实性和完整性。那么，非对称加密是如何解决这个难题的呢？
让我们通过一个例子来解释：设想 Alice 和 Bob 想要安全地交换一条信息。他们各自拥有一对密钥：公钥和私钥。公钥加密的信息只能通过对应的私钥解开，而私钥加密的信息则只能通过对应的公钥来读取（文章后面会解释原因）。
在这个场景中，Alice 想要给 Bob 发送一个加密消息，她就会使用 Bob 的公钥进行加密，这样，只有持有对应私钥的 Bob 能够解密并阅读这个消息。这样就实现了信息的保密性。
但 Bob 怎样才能确信消息确实是 Alice 发送的呢？他又如何能确定消息在传输过程中未被篡改呢？为了解决这些问题，Alice 还需要使用一种签名机制。这些加密和签名的概念，都属于非对称加密技术的范畴。
哈希函数与签名机制
在深入签名机制之前，我们需要先理解“哈希函数”这一概念。简单来说，哈希函数像是一个将文本信息“磨成”一串独特签名（或称指纹）的机器。这种机制具有几个关键特性：
- 对于同一哈希函数，生成的签名长度恒定
- 由签名无法反推原始文本
- 签名是不可预测的
- 相同的数据会生成相同的签名
- 不同的数据会产生截然不同的签名
“MD5”和“SHA”是众所周知的哈希函数实例。例如，使用MD5，文本“Ewon: Leading IIoT for 20 years”会被转换成一个32字符长度的独特串“5b184c5cafcad9ef410afbcb0fab5518”。类似地，维基百科的全部内容也能被转换成一个全然不同但长度相同的字符串。
签名之后，就是加密过程
回到我们之前的例子，当 Alice 需要对一份文件进行签名时，她会首先利用哈希函数（例如 https://www.md5hashgenerator.com/ 或者网上可找到的其他哈希工具）计算出文件的唯一指纹。随后，她使用自己的私钥对这个指纹进行加密，从而为文件创建了一个签名，并将签名和原文件一并发送给 Bob。
Bob 收到后，会用 Alice 的公钥对签名进行解密。如果解密不成功，说明这份文件并非 Alice 发送，因为只有 Alice 才掌握那把私钥。如果解密成功，Bob 就能确认消息确实是由 Alice 签发。这样，他就获得了文件的一个指纹证明。
完成这个过程之后，Bob 会对他收到的原始文件使用与 Alice 相同的哈希函数再次生成指纹。如果这两个指纹完全一致，那么他就可以完全确信，在 Alice 发送文件与他收到文件的这段时间里，文件未遭到任何篡改。
结合加密和签名技术，是确保一份文件同时被编码和签名的唯一方式，这样不仅保障了信息的保密性和完整性，还确保了其真实性。
虽然这听起来已经非常完备，但仍有一个细节需要注意：Alice 如何确保自己在加密信息时用的是 Bob 的真正公钥而非他人的？如果有一个黑客（我们称他为 Eve）制造了一对密钥并假装是 Bob 的公钥传给 Alice，那么 Alice 发送的加密消息只能被 Eve 读取和解码。
因此，Alice 在使用公钥前需要验证它的真实归属。Bob 可以通过一个认证机构（CA）对他的公钥进行认证，这样可以保证他就是公钥的真正持有者。CA 会给 Bob 颁发一个包含他身份和公钥信息的证书，并对其进行签名以证明其有效性。
Alice 通过联系这个认证机构，就能验证她手中的公钥是否真的属于 Bob。这种方式确保了双方在通信过程中的安全性，几乎是最佳的保护措施了。
非对称和对称加密的互补性
虽然非对称加密相较于对称加密在速度上有所不足，但两者在实际应用中往往是互补的。在需要快速且安全的连接时，通常会结合使用这两种加密方法。
例如，当一个互联网浏览器与服务器建立安全连接时，它首先生成一个临时的非对称会话密钥。然后使用服务器的公钥对这个会话密钥进行加密，并发送给服务器。服务器解密这个会话密钥后，就能与浏览器通过对称加密的方式安全通信。
这种方法是解决凯撒 2000 年问题的方法。 多亏了它，两个互不相识的实体可以交换密钥，而无需就加密/解密密钥达成一致。