HTTPS原理详解

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概念

  1. HTTP 协议：是客户端浏览器或其他程序与Web服务器之间的应用层通信协议。HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此，HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如：信用卡号、密码等支付信息。
  1. HTTPS 协议：可以理解为HTTP+SSL/TLS， 即 HTTP 下加入 SSL 层，HTTPS 的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 数据传输。SSL依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。

    如上图所示 HTTPS 相比 HTTP 多了一层 SSL/TLS

SSL（Secure Socket Layer，安全套接字层）：1994年为 Netscape 所研发，SSL 协议位于 TCP/IP 协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。

TLS（Transport Layer Security，传输层安全）：其前身是 SSL，它最初的几个版本（SSL 1.0、SSL 2.0、SSL 3.0）由网景公司开发，1999年从 3.1 开始被 IETF 标准化并改名，发展至今已经有 TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2 三个版本。SSL3.0和TLS1.0由于存在安全漏洞，已经很少被使用到。TLS 1.3 改动会比较大，目前还在草案阶段，目前使用最广泛的是TLS 1.1、TLS 1.2。

加密算法

对称加密
有流式、分组两种，加密和解密都是使用的同一个密钥。
例如：DES、AES-GCM、ChaCha20-Poly1305等

非对称加密
加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的，分别称为：公钥、私钥，公钥和算法都是公开的，私钥是保密的。非对称加密算法性能较低，但是安全性超强，由于其加密特性，非对称加密算法能加密的数据长度也是有限的。
例如：RSA、DSA、ECDSA、 DH、ECDHE

哈希算法
将任意长度的信息转换为较短的固定长度的值，通常其长度要比信息小得多，且算法不可逆。
例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等

数字签名
签名就是在信息的后面再加上一段内容（信息经过hash后的值），可以证明信息没有被修改过。hash值一般都会加密后（也就是签名）再和信息一起发送，以保证这个hash值不被修改。

详解

HTTP访问过程

HTTP请求过程中，客户端与服务器之间没有任何身份确认的过程，数据全部明文传输，“裸奔”在互联网上，所以很容易遭到黑客的攻击。

可以看到，客户端发出的请求很容易被黑客截获，如果此时黑客冒充服务器，则其可返回任意信息给客户端，而不被客户端察觉，所以我们经常会听到一词“劫持”。

所以 HTTP 传输面临的风险有：

  1. 窃听风险：黑客可以获知通信内容。
  2. 篡改风险：黑客可以修改通信内容。
  3. 冒充风险：黑客可以冒充他人身份参与通信。

HTTP向HTTPS的转化

方法一：对称加密算法
为了防止上述现象的发生，人们想到一个办法：对传输的信息加密（即使黑客截获，也无法破解）

如上图所示，此种方式属于对称加密，双方拥有相同的密钥，信息得到安全传输，但此种方式的缺点是：

  1. 不同的客户端、服务器数量庞大，所以双方都需要维护大量的密钥，维护成本很高
  2. 因每个客户端、服务器的安全级别不同，密钥极易泄露

方法二：非对称加密算法

如上图所示，客户端用公钥对请求内容加密，服务器使用私钥对内容解密，反之亦然，但上述过程也存在缺点：

  1. 公钥是公开的（也就是黑客也会有公钥），所以第④步私钥加密的信息，如果被黑客截获，其可以使用公钥进行解密，获取其中的内容。

方法三：对称加密+非对称加密

如上图所示

  1. 第 ③ 步时，客户端说：（咱们后续回话采用对称加密吧，这是对称加密的算法和对称密钥）这段话用公钥进行加密，然后传给服务器
  2. 服务器收到信息后，用私钥解密，提取出对称加密算法和对称密钥后，服务器说：（好的）对称密钥加密
  3. 后续两者之间信息的传输就可以使用对称加密的方式了

遇到的问题：

  1. 客户端如何获得公钥
  2. 如何确认服务器是真实的而不是黑客

那有木有一种方式既可以安全的获取公钥，又能防止黑客冒充呢？ 那就需要用到终极武器了：SSL 证书

方法四：SSL证书

如上图所示，在第 ② 步时服务器发送了一个SSL证书给客户端，SSL 证书中包含的具体内容有：

  1. 证书的发布机构CA
  2. 证书的有效期
  3. 公钥
  4. 证书所有者
  5. 签名
    ………

客户端在接受到服务端发来的SSL证书时，会对证书的真伪进行校验，以浏览器为例说明如下：

  1. 首先浏览器读取证书中的证书所有者、有效期等信息进行一一校验。
  2. 浏览器开始查找操作系统中已内置的受信任的证书发布机构CA，与服务器发来的证书中的颁发者CA比对，用于校验证书是否为合法机构颁发 。
  3. 如果找不到，浏览器就会报错，说明服务器发来的证书是不可信任的。
  4. 如果找到，那么浏览器就会从操作系统中取出颁发者CA的公钥，然后对服务器发来的证书里面的签名进行解密。
  5. 浏览器使用相同的hash算法计算出服务器发来的证书的hash值，将这个计算的hash值与证书中签名做对比。
  6. 对比结果一致，则证明服务器发来的证书合法，没有被冒充。
  7. 此时浏览器就可以读取证书中的公钥，用于后续加密了。

所以相比HTTP，HTTPS 传输更加安全

  1. 所有信息都是加密传播，黑客无法窃听。
  2. 具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现。
  3. 配备身份证书，防止身份被冒充。

HTTP与HTTPS

  1. HTTPS协议需要到CA申请证书。免费证书比较少，需要一定费用。
  2. HTTP传输的信息是明文传输，HTTPS是具有安全性的SSL加密传输协议。
  3. HTTP用80端口；HTTPS用443端口。
  4. HTTP连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议。

参考资料：
详细解析 HTTP 与 HTTPS 的区别
HTTPS系列干货（一）：HTTPS 原理详解