1. 数字信封的产生背景

随着互联网的发展，越来越多的信息需要在网络上传输，而这些信息往往包含着敏感的数据，如个人隐私信息、商业机密等。因此，如何确保这些信息在传输过程中不被未经授权的第三方读取，成为了一个亟待解决的问题。

在这样的背景下，数字信封（Digital Envelope）技术应运而生，相关定义及技术标准在RFC-2315中均有阐述。

来源：https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2315

2. 数字信封的工作原理

数字信封结合了公钥密码和对称密码的优点，既能够高效地加密大量数据，又能够利用公钥基础设施（PKI）来安全地分发密钥，从而实现了信息的高效与安全传输。

工作原理

采用数字信封时，接收方需要使用自己的私钥才能打开数字信封得到对称密钥。数字信封加解密过程主要如下：

发送方（Alice）使用对称密钥对明文进行加密，生成密文；
发送方（Alice）使用接收方（Bob）的公钥加密对称密钥，生成数字信封；
发送方（Alice）将数字信封和密文信息一起发送给接收方（Bob）；
接收方（Bob）接收到发送方（Alice）的加密信息后，使用自己的私钥打开数字信封，得到对称密钥；
接收方（Bob）使用对称密钥对密文信息进行解密，得到最初的明文。

从工作原理图中我们可以看出：

对称密钥是发送方生成的，可以做到"一次一密"，即每次发送都可以使用不同的对称密钥；
数字信封在解决了密钥配送问题的同时，还将消息同步发送给了接收者。

3. 数字信封存在的问题

数字信封技术也会存在MITM（中间人）攻击，如果攻击者拦截Alice的信息，用自己的对称密钥加密伪造的信息，并用Bob的公钥加密自己的对称密钥，然后发送给Bob。Bob收到加密信息后，解密得到的明文，而且Bob始终认为是Alice发送的信息。

此时，需要一种方法确保接收方收到的信息就是指定的发送方发送的。这就用到了数字签名技术。

数字签名工作原理

若将数字签名用到数字信封中后，如果Alice发送的信息受到MITM攻击后，Bob可以通过数字签名识别出来。

但采用数字签名技术就又会引入一个新的问题，如果攻击者更改Bob的公钥，Alice获得的是攻击者的公钥，攻击者拦截Bob发送给Alice的信息，用自己的私钥对伪造的信息进行数字签名，然后与使用Alice的公钥的加密伪造的信息一起发送给Alice。Alice收到加密信息后，解密得到的明文，并验证明文没有被篡改，则Alice始终认为是Bob发送的信息。

此时，需要一种方法确保一个特定的公钥属于一个特定的拥有者。数字证书则实现了此方法。

证书结构示意图

若想了解更多关于数字证书的内容，可以参阅：