理解HTTPS

痛定思痛。 2022-06-01 03:15 179阅读 0赞

## 为什么要有HTTPS ##

HTTPS的出现主要是为了解决HTTP协议在安全性上的不足

### HTTP的不足 ###

HTTP是被广泛使用的web协议，但其在安全性上存在以下不足：

*  明文通信，内容可能被窃听
 *  不验证通信方身份，通信方可能是伪装的。
 *  不验证报文的完整性，报文可能被修改。

#### 明文通信 ####

进行web通信时，通信线路上的设备可能分布与世界上的任何角落，这些网络设备、光缆、计算机等很多都是公用的。在这种情况下，要抓取通信的报文并非难事。

HTTP使用明文通信，如果通信报文被抓取，通信的内容就很容易被解毒出来。因此会有信息被窃取的隐患。

#### 不验证通信方的身份 ####

HTTP协议本身比较简单，任何人都可以发起请求，任何人也都可以返回响应。

HTTP协议不会对请求和响应的通信方进行验证。对于客户端来说，它不能保证与它通信的服务器是否就是其请求的URI中指定的主机；对于服务器来说，也不能保证它的响应是否真正传递给了实际提出请求的客户端。

#### 不验证报文的完整性 ####

完整性，也可以认为是准确性。

HTTP报文在传输过程中会经过很多设备，这些设备经常是公用的。恶意的攻击这可以在这些设备转发报文时篡改报文的内容。

## HTTPS ##

HTTPS可以有效解决刚刚提到的三个问题。我们先看下HTTPS的原理和通信过程，再讨论HTTPS是如何解决HTTP的三个缺点的。

### 基本概念 ###

HTTPS并不是一种新的协议，而是把HTTP通信接口部分用SSL和TLS协议代替。

HTTP协议是直接与TCP通信。而HTTPS是HTTP通过SSL/TLS与TCP通信，即给HTTP协议加了一层外壳。从协议栈来看，是在应用层和传输层之间增加了安全层。

#### 对称加密 ####

加密和解密使用同一个密钥。

#### 非对称加密 ####

加密和解密使用不同的密钥。一般会把其中一个密钥公开，成为公钥。另一个自己保存，成为私钥。

#### 混合加密 ####

通信过程中既使用了对称加密，又使用了非对称加密。

一般是通过非对称加密做通信协商，协商出一套对称密钥，然后利用这套对称密钥传输数据。HTTPS通信中，对称密钥是利用随机数生成的，每个客户端都不一样，因此需要协商。

#### 数字签名 ####

HTTPS中，数字签名是根据消息内容生成的一串“只有自己才能计算出来的数值”。

数字签名是用来验证通信方身份的。

数字签名采用了非对称加密的方式，消息的发送方（服务器）使用私钥生成数字签名，消息的接收方利用发送方（服务器）提供的公钥验证数字签名，以此验证消息发送方的身份。

在数字签名的概念中，私钥是加密密钥，公钥是解密密钥。加密密钥为消息生成数字签名（指明消息的发送方身份），解密密钥验证数字签名。这里利用了“没有私钥的人无法生成使用该密钥所生成的报文”这一性质。

签名是可以被复制的，但这并不影响其发挥作用。因为数字签名是根据特定消息内容绑定在一起的，它是用来验证特定的消息最初的发送方是谁，一旦消息的内容跟原始内容不一致，数字签名就不能验证通过。

#### 数字证书 ####

数字证书其实就是为公钥加上数字签名。

对于Web通信来说，数字证书就是认证机构对服务器的公钥、服务器的基本信息等施加数字签名。

这里其实就涉及到三个角色：客户端、服务器、认证机构，以及两套非对称加密：客户端与服务器之间的，客户端与认证机构之间的（也就是有两对公、私钥）。

服务器有自己的私钥，然后把服务器的公钥交给认证机构；认证机构利用认证机构的私钥对服务器的公钥施加数字签名，客户端利用认证机构的公钥加密认证机构下发的证书，从而获得服务器的公钥。

通信开始前，三方要含有一下信息：

*  服务器： 自己的私钥
 *  认证机构： 自己的私钥 + 服务器的公钥
 *  客户端：认证机构的公钥（即信任认证机构的证书，浏览器上一般都默认会信任很多认证机构的证书）

### HTTPS通信过程 ###

一般分析HTTPS的通信过程从客户端取得服务器的公钥后开始分析，这里我们从客户端（以web通信中浏览器为例）还没取得服务器公钥的时候开始分析。

1.  客户主机安装客户端，浏览器（浏览器默认信任一些认证机构的证书，可以理解为安装包中有认证机构的公钥）
2.  服务器把公钥委托给认证机构。
3.  客户端要发起对服务端的请求。
4.  认证机构下发携带服务器公钥的证书给客户端。
5.  客户端利用认证机构的公钥，从数字证书中解密出服务器的公钥。
6.  客户端生成对称密钥（使用了随机数，每个客户端生成的对称密钥是随机的）
7.  客户端把对称密钥通过服务器的公钥进行加密，并发送给服务器。（至此，客户端和服务器都拥有了对称密钥，且其他人无法得知对称密钥）
8.  客户端和服务器利用对称密钥进行数据通信。

### HTTP的三个问题是如何解决的？ ###

1.  明文通信问题：
    
    HTTPS的数据通信是使用了对称密钥进行加密的，只有知道密钥的人才能获取解读数据内容。而我们前面的分析看到对称密钥只有客户端和服务器知道。
2.  身份认证问题：
    
    首先，客户端是从信任的认证机构获取到服务器的公钥的。这个公钥加密的密文只有对应的私钥能解密，而对应的密钥只有服务器有。因此，对与客户端而言，可以验证能够与之进行后续通信的只有服务器。
    
    另一方面，数据通信时的对称密钥是随机生成的，每个客户端都不一样，因此服务器可以以此验证客户端的身份。
3.  报文完整性问题：
    
    既不能读取报文内容，也不能伪装成通信任何一方，那就不能篡改报文了。因此报文的完整性也可以得到保障。

## 一些问题 ##