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密码学可能是一门很难理解的学科。它充满了数学证明。但除非你真的在开发加密系统，否则很多复杂内容对于理解其高层原理来说并不是必需的。
如果你打开这篇文章是希望创造出下一个 HTTPS 协议，那我很抱歉地告诉你：光靠信鸽是不够的。否则，请泡一杯咖啡，享受这篇文章吧！
爱丽丝、鲍勃……还有信鸽？
你在互联网上做的任何事情（阅读本文、在亚马逊购物、上传猫咪照片）归根结底都是向服务器发送和接收消息。
这听起来有点抽象，所以让我们想象一下：这些消息是由信鸽来传递的。我知道这看起来很随意，但相信我，HTTPS 的工作原理其实也差不多，只是速度快得多。
此外，我们不会讨论“服务器”、“客户端”和“黑客”，而是用爱丽丝（Alice）、鲍勃（Bob）和马洛里（Mallory）来代替。如果你不是第一次接触密码学概念，你可能会认出这些名字——它们在技术文献中被广泛使用。
第一次天真的通信
如果爱丽丝想给鲍勃发一条消息，她会把消息绑在信鸽的腿上，然后放飞给鲍勃。鲍勃收到消息后读取内容，一切顺利。
但如果马洛里在途中截获了爱丽丝的信鸽，并篡改了消息呢？鲍勃将无法知道这条消息在传输过程中已被修改。
这就是 HTTP 的工作方式。是不是挺吓人的？我可不会通过 HTTP 发送我的银行凭证，你也不该这么做。
一种秘密编码
现在，假设爱丽丝和鲍勃非常聪明。他们约定使用一种秘密编码来书写消息：每个字母在字母表中向前移动 3 位。例如，D → A，E → B，F → C。那么明文消息 “secret message” 就会被编码为 “pbzobq jbppxdb”。
现在，即使马洛里截获了信鸽，她也无法理解消息内容，更无法将其改成有意义的内容，因为她不知道这个编码规则。而鲍勃只需反向应用这个规则（A → D，B → E，C → F），就能将密文 “pbzobq jbppxdb” 解密回 “secret message”。
成功！
这被称为对称密钥加密（symmetric key cryptography），因为只要你掌握了加密方法，也就自然知道如何解密。
上面描述的编码通常被称为凯撒密码（Caesar cipher）。在现实生活中，我们会使用更复杂、更高级的加密算法，但核心思想是一样的。
密钥怎么定？
对称密钥加密非常安全，前提是除了发送方和接收方之外，没有人知道所使用的密钥。在凯撒密码中，密钥就是每个字母偏移的位数。在我们的例子中用了偏移量 3，但也可以用 4 或 12。
问题在于：如果爱丽丝和鲍勃在开始通信前从未见过面，他们就无法安全地协商一个密钥。如果他们在消息中直接发送密钥，马洛里就会截获并得知密钥，从而能够随意读取或篡改之后的所有消息。
这就是典型的中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack），要避免这种情况，就必须彻底改变加密机制。
信鸽携带箱子
于是，爱丽丝和鲍勃想出了一个更好的办法。当鲍勃想给爱丽丝发消息时，他们会按以下步骤操作：
- 鲍勃先派一只不带消息的信鸽飞给爱丽丝。
- 爱丽丝把一只开着锁的箱子绑在信鸽腿上送回去，但她自己保留钥匙。
- 鲍勃把消息放进箱子，锁上锁，再让信鸽把箱子送回给爱丽丝。
- 爱丽丝收到箱子后，用自己的钥匙打开，读取消息。
这样一来，即使马洛里截获了信鸽，她也无法篡改消息，因为她没有钥匙。当爱丽丝想给鲍勃发消息时，也采用同样的流程。
爱丽丝和鲍勃刚刚使用的就是所谓的非对称密钥加密（asymmetric key cryptography）。之所以叫“非对称”，是因为即使你能加密消息（锁上箱子），也无法解密它（打不开已上锁的箱子）。在技术术语中，这个“箱子”被称为公钥（public key），而打开它的“钥匙”则被称为私钥（private key）。
我怎么信任这个箱子？
如果你仔细思考，可能会发现我们仍然存在一个问题：当鲍勃收到那个开着的箱子时，他怎么确定这真的是爱丽丝寄来的？万一马洛里中途截获信鸽，换成了她自己有钥匙的箱子呢？
于是，爱丽丝决定在箱子上签名。这样，当鲍勃收到箱子时，他可以检查签名，确认确实是爱丽丝寄出的。
但你可能会问：鲍勃怎么识别爱丽丝的签名呢？这是个好问题。爱丽丝和鲍勃也遇到了同样的难题，于是他们决定：不是由爱丽丝签名，而是由泰德（Ted）来签名。
泰德是谁？泰德是个非常著名、广为人知且值得信赖的人。他把自己的签名分发给了所有人，大家都相信他只会为合法的人签名。
只有当泰德确认请求签名的人确实是爱丽丝本人时，他才会为她的箱子签名。因此，马洛里无法冒充爱丽丝让泰德签名——因为泰德会验证身份。当鲍勃收到箱子时，如果看到泰德的签名，就知道这个箱子是可信的；如果是假的，泰德根本不会签。
在技术术语中，泰德就是所谓的“证书颁发机构”（Certification Authority，简称 CA）。你正在用来阅读本文的浏览器，本身就内置了多个受信任的证书颁发机构的签名。
因此，当你第一次连接某个网站时，你会信任它的“箱子”（即公钥），因为你信任泰德（CA），而泰德已经验证并签署了这个网站的身份。
箱子太重了
现在，爱丽丝和鲍勃有了一个可靠的通信系统。但他们意识到：携带箱子的信鸽比只带纸条的信鸽慢多了。
于是他们决定：只用“箱子方法”（非对称加密）。一旦密钥安全交换完成，后续所有通信都用对称加密（比如前面提到的凯撒密码）来加密消息。
这样，他们就兼顾了两种加密方式的优点：非对称加密的安全性，以及对称加密的高效性。
在现实世界中虽然没有“慢信鸽”，但事实确实如此——使用非对称加密加密消息比对称加密慢得多，所以我们只用它来交换加密密钥。
现在，你已经明白 HTTPS 是如何工作的了。