加密方法可以分为两大类。一类是单钥加密（private key cryptography），还有一类叫做双钥加密（public key cryptography）。前者的加密和解密过程都用同一套密码，后者的加密和解密过程用的是两套密码。
在双钥加密的情况下，密钥有两把，一把是公开的公钥，还有一把是不公开的私钥。
双钥加密的原理如下：
a) 公钥和私钥是一一对应的关系，有一把公钥就必然有一把与之对应的、独一无二的私钥，反之亦成立。
b) 所有的（公钥, 私钥）对都是不同的。
c) 用公钥可以解开私钥加密的信息，反之亦成立。
d) 同时生成公钥和私钥应该相对比较容易，但是从公钥推算出私钥，应该是很困难或者是不可能的。
数字签名是什么
鲍勃有两把钥匙，一把是公钥，另一把是私钥。鲍勃把公钥送给他的朋友们—-帕蒂、道格、苏珊—-每人一把。苏珊要给鲍勃写一封保密的信。她写完后用鲍勃的公钥加密，就可以达到保密的效果。鲍勃收信后，用私钥解密，就看到了信件内容。这里要强调的是，只要鲍勃的私钥不泄露，这封信就是安全的，即使落在别人手里，也无法解密。鲍勃给苏珊回信，决定采用”数字签名”。他写完后先用Hash函数，生成信件的摘要（digest）。然后，鲍勃使用私钥，对这个摘要加密，生成”数字签名”（signature）。鲍勃将这个签名，附在信件下面，一起发给苏珊。苏珊再对信件本身使用Hash函数，将得到的结果，与上一步得到的摘要进行对比。如果两者一致，就证明这封信未被修改过。
复杂的情况出现了。道格想欺骗苏珊，他偷偷使用了苏珊的电脑，用自己的公钥换走了鲍勃的公钥。此时，苏珊实际拥有的是道格的公钥，但是还以为这是鲍勃的公钥。因此，道格就可以冒充鲍勃，用自己的私钥做成”数字签名”，写信给苏珊，让苏珊用假的鲍勃公钥进行解密。后来，苏珊感觉不对劲，发现自己无法确定公钥是否真的属于鲍勃。她想到了一个办法，要求鲍勃去找”证书中心”（certificate authority，简称CA），为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对鲍勃的公钥和一些相关信息一起加密，生成”数字证书“（Digital Certificate）。鲍勃拿到数字证书以后，就可以放心了。以后再给苏珊写信，只要在签名的同时，再附上数字证书就行了。苏珊收信后，用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到鲍勃真实的公钥了，然后就能证明”数字签名”是否真的是鲍勃签的。
在双钥体系中，公钥用来加密信息，私钥用来数字签名。
客户端如何获取证书中心的公钥？服务端如何拿到自己的数字证书？为什么不必担心CA的公钥被被人偷偷替换？
下面，我们看一个应用”数字证书”的实例：https协议。这个协议主要用于网页加密。
服务器用自己的私钥加密网页以后，连同本身的数字证书，一起发送给客户端。客户端（浏览器）的”证书管理器”，有”受信任的根证书颁发机构”列表。客户端会根据这张列表，查看解开数字证书的公钥是否在列表之内。如果数字证书记载的网址，与你正在浏览的网址不一致，就说明这张证书可能被冒用，浏览器会发出警告。如果这张数字证书不是由受信任的机构颁发的，浏览器会发出另一种警告。如果数字证书是可靠的，客户端就可以使用证书中的服务器公钥，对信息进行加密，然后与服务器交换加密信息。
SSL/TLS协议运行机制的概述
基本的运行过程
SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。但是，这里有两个问题。
（1）如何保证公钥不被篡改？
解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。
（2）公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？
解决方法：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个”对话密钥”（session key），用它来加密信息。由于”对话密钥”是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密”对话密钥”本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。
因此，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：
（1） 客户端向服务器端索要并验证公钥。
（2） 双方协商生成”对话密钥”。
（3） 双方采用”对话密钥”进行加密通信。
上面过程的前两步，又称为”握手阶段”（handshake）。”握手阶段”涉及四次通信，我们一个个来看。需要注意的是，”握手阶段”的所有通信都是明文的。
客户端发出请求（ClientHello）
首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。在这一步，客户端主要向服务器提供以下信息。
（1） 支持的协议版本，比如TLS 1.0版。
（2） 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成”对话密钥”。
（3） 支持的加密方法，比如RSA(双钥加密算法)公钥加密。
（4） 支持的压缩方法。
这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。
服务器回应（SeverHello）
服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。
（1） 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
（2） 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成”对话密钥”。
（3） 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。
（4） 服务器证书。
除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供”客户端证书”。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。
客户端回应
客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。
如果证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后，向服务器发送下面三项信息。
服务器的最后回应
服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的”会话密钥”。然后，向客户端最后发送下面信息。
（1）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。
至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用”会话密钥”加密内容。
参考文献
[1]公钥、私钥、加密：http://www.ruanyifeng.com/blog/2006/12/notes_on_cryptography.html
[2]数字签名是什么：http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
[3]SSL/TLS协议运行机制的概述：http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html
[4]图解SSL/TLS协议：http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/09/illustration-ssl.html
[5]从 HTTP 到 HTTPS - 什么是 HTTPS：https://tasaid.com/Blog/20161003001126.html?sgs=sf1190000007064737
[6]HTTPS工作原理：https://cattail.me/tech/2015/11/30/how-https-works.html