說到加密，可能大家最熟悉的就是md5了。md5實際上只是一種雜湊運算，或者可以稱為單向的加密，即是說無法根據密文（加密後的資料），推導出明文（原資料）。而我們下面要說明的，是在加密後可以進行解密、還原資料的。對於欲進行加密的物件，有的人稱為訊息，有的人稱為資料，有的人稱為資訊，為了避免混淆，在本文後面部分，我統一將其稱為訊息。那麼加密是什麼呢？加密是通過對訊息進行編碼，建立一種安全的交流方式，使得只有你和你所期望的接收者能夠理解。
那麼怎麼樣才能叫安全呢？訊息在接收方和傳送方進行安全傳遞，一般要滿足下面三個要點：
訊息的傳送方能夠確定訊息只有預期的接收方可以解密(不保證第三方無法獲得，但保證第三方無法解密)。
訊息的接收方可以確定訊息是由誰傳送的（訊息的接收方可以確定訊息的傳送方）。
訊息的接收方可以確定訊息在途中沒有被篡改過（必須確認訊息的完整性）。
加密通常分為兩種方式：對稱加密和非對稱加密，接下來我們先看看對稱加密。
對稱加密的思路非常簡單，就是含有乙個稱為金鑰的東西，在訊息傳送前使用金鑰對訊息進行加密，在對方收到訊息之後，使用相同的金鑰進行解密。根據金鑰來產生加密後的訊息（密文）的這一加工過程，由加密演算法來完成，加密演算法通常是公開的。它的流程如下：
傳送方使用金鑰對訊息進行加密。
接收方使用同樣的金鑰對訊息進行解密。
可以使用下面一副圖來表示：
對稱加密存在這樣兩個問題：
雖然可以通過金鑰來保證訊息安全地進行傳遞，但是如何確保金鑰安全地進行傳遞？因為傳送者和接收者總有一次初始的通訊，用來傳遞金鑰，此時的安全如何保證？
接收者雖然可以根據金鑰來解密訊息，但因為存在上面的問題，訊息有可能是由第三方（非法獲得金鑰）發來的，而接收方無法辨別。
為了解決上面兩個問題，就需要介紹一下非對稱加密。
非對稱加密的接收者和傳送者都持有兩個金鑰，乙個是對外公開的，稱為公鑰，乙個是自行保管的，稱為私鑰。非對稱加密的規則是由某人a的公鑰加密的訊息，只能由a的私鑰進行解密；由a的私鑰加密的訊息只能由a的公鑰解密。此時我們可以得出接收方、傳送方有兩個公鑰兩個私鑰一共四個金鑰，我們先看看兩種簡單的方式，這兩種方式都是只使用兩個金鑰。
第一種模式只使用接收方的公鑰和私鑰，稱為加密模式。
加密模式
在加密模式中，由訊息的接收方發布公鑰，持有私鑰。比如傳送方要傳送訊息「hello,jimmy」到接收方，它的步驟是：
傳送方使用接收者的公鑰進行加密訊息，然後傳送。
接收方使用自己的私鑰對訊息進行解密。
可以使用下面一幅圖來描述：
在這種模式下，如果第三方截獲了傳送者發出的訊息，因為他沒有接收者的私鑰，所以這個訊息對他來說毫無意義。可見，它能夠滿足本文最開始提出的訊息安全傳遞的要點一：訊息的傳送方能夠確定訊息只有預期的接收方可以解密(不保證第三方無法獲得，但保證第三方無法解密)。
除此以外，因為接收方的公鑰是公開的，任何人都可以使用這個公鑰來加密訊息併發往接收者，而接收者無法對訊息進行判別，無法知道是由誰傳送來的。所以，它不滿足我們開始提出的訊息安全傳遞的要點二：訊息的接收方可以確定訊息是由誰傳送的（訊息的接收方可以確定訊息的傳送方）。
這個問題可以在下面的認證模式中得到解決。
認證模式
在認證模式中，由訊息的傳送方發布公鑰，持有私鑰。比如傳送者要傳送訊息「welcome to tracefact.net」到接收者，它的步驟是：
傳送者使用自己的私鑰對訊息進行加密，然後傳送。
接收者使用傳送者的公鑰對訊息進行解密。
可以用下面一副圖來表述：
在這種模式下，假如傳送方叫做ken，接收方叫做matthew，因為matthew只能使用ken的公鑰對訊息進行解密，而無法使用molly、sandy或者任何其他人公鑰對訊息進行解密，所以他一定能夠確定訊息是由ken傳送來的。因此，這個模式滿足了前面提出的訊息安全傳遞的要點二。
與此同時，因為ken的公鑰是公開的，任何截獲了該訊息的第三方都能夠使用ken的公鑰來對訊息進行解密，換言之，訊息現在是不安全的。因此，與加密模式正好相反，它無法滿足前面提出的訊息安全傳遞的要點一。
而不管是採用加密模式還是認證模式，都沒有解決加密解密中的要點三：接收方必須能夠確認訊息沒有被改動過。為了解決這個問題，又引入了數字簽名。
數字簽名實際上就是上面非對稱加密時的認證模式，只不過做了一點點的改進，加入了雜湊演算法。大家比較熟悉的雜湊演算法可能就是md5了，很多開源論壇都採用了這個演算法。雜湊演算法有三個特點：一是不可逆的，由結果無法推算出原資料；二是原資料哪怕是一丁點兒的變化，都會使雜湊值產生巨大的變化；三是不論多麼大或者多麼少的資料，總會產生固定長度的雜湊值（常見的為32位64位）。產生的雜湊值通常稱為訊息的摘要（digest）。
那麼如何通過引入雜湊函式來保證資料的完整性呢？也就是接收方能夠確認訊息確實是由傳送方發來的，而沒有在中途被修改過。具體的過程如下：
傳送方將想要進行傳遞的訊息進行乙個雜湊運算，得到訊息摘要。
傳送方使用自己的私鑰對摘要進行加密，將訊息和加密後的摘要傳送給接收方。
接收方使用傳送方的公鑰對訊息和訊息摘要進行解密(確認了傳送方)。
接收方對收到的訊息進行雜湊運算，得到乙個訊息摘要。
接收方將上一步獲得的訊息摘要與傳送方發來的訊息摘要進行對比。如果相同，說明訊息沒有被改動過；如果不同，說明訊息已經被篡改。
這個過程可以用下面的一副圖來表述：
我們可以看出，數字簽名通過引入雜湊演算法，將非對稱加密的認證模式又加強了一步，確保了訊息的完整性。除此以外，注意到上面的非對稱加密演算法，只是對訊息摘要進行了加密，而沒有對訊息本身進行加密。非對稱加密是乙個非常耗時的操作，由於只對訊息摘要加密，使得運算量大幅減少，所以這樣能夠顯著地提高程式的執行速度。同時，它依然沒有確保訊息不被第三方截獲到，不僅如此，因為此時訊息是以明文進行傳遞，第三方甚至不需要傳送方的公鑰，就可以直接檢視訊息。
為了解決這樣的問題，只需要將非對稱加密的認證模式、加密模式以及訊息摘要進行乙個結合就可以了，這也就是下面的高階模式。
由於這個過程比上面稍微複雜了一些，我們將其分為傳送方和接收方兩部分來看。先看看傳送方需要執行的步驟：
將訊息進行雜湊運算，得到訊息摘要。
使用自己的私鑰對訊息摘要加密(認證模式：確保了接收方能夠確認自己)。
使用接收方的公鑰對訊息進行加密(加密模式：確保了訊息只能由期望的接收方解密)。
傳送訊息和訊息摘要。
接下來我們看一下接收方所執行的步驟：
使用傳送方的公鑰對訊息摘要進行解密(確認了訊息是由誰傳送的)。
使用自己的私鑰對訊息進行解密(安全地獲得了實際應獲得的資訊)。
將訊息進行雜湊運算，獲得訊息摘要。
將上一步獲得的訊息摘要 和 第一步解密的訊息摘要進行對比(確認了訊息是否被篡改)。
可以看到，通過上面這種方式，使用了接收方、傳送方全部的四個金鑰，再配合使用訊息摘要，使得前面提出的安全傳遞的所有三個條件全都滿足了。那麼是不是這種方法就是最好的呢？不是的，因為我們已經說過了，非對稱加密是一種很耗時的操作，所以這個方案是很低效的。實際上，我們可以通過它來解決對稱加密中的金鑰傳遞問題，如果你已經忘記了可以翻到前面再看一看，也就是說，我們可以使用這裡的高階實現方式來進行對稱加密中金鑰的傳遞，對於之後實際的資料傳遞，採用對稱加密方式來完成，因為此時已經是安全的了。
與數字簽名相關的乙個概念就是證書機制了，證書是用來做什麼呢？在上面的各種模式中，我們一直使用了這樣乙個假設，就是接收方或者傳送方所持有的、對方的公鑰總是正確的（確實是對方公布的）。而實際上除非對方手把手將公鑰交給我們，否則如果不採取措施，雙方在網路中傳遞公鑰時，一樣有可能被篡改。那麼怎樣解決這個問題呢？這時就需要證書機制了：可以引入乙個公正的第三方，當某一方想要發布公鑰時，它將自身的身份資訊及公鑰提交給這個第三方，第三方對其身份進行證實，如果沒有問題，則將其資訊和公鑰打包成為證書（certificate)。而這個公正的第三方，就是常說的證書頒發機構（certificate authority）。當我們需要獲取公鑰時，只需要獲得其證書，然後從中提取出公鑰就可以了。
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