HTTPS工作原理

约定不等于承诺〃 2024-04-17 06:30 68阅读 0赞

## 前言 ##

我们知道使用HTTP协议进行服务端与客户端通信时，信息是通过明文传输的。这期间信息就有可能被拦截或者篡改，为了解决这种场景，HTTPS就出现了。

相对于HTTP来说，HTTPS有如下作用。

*  内容加密，无法被轻易破解；
 *  身份认证，如果信息被篡改，通信双方可以立刻发现；
 *  数据完整性校验；

接下来就学一下HTTPS的工作原理。

## HTTPS的组成 ##

HTTPS是目前使用最多的HTTP安全形式。在使用HTTPS时，所有的HTTP请求和响应数据在发送到网络之前，都会进行加密。

上图展示了HTTP与HTTPS在网络协议中的表现，可以看到在应用层中**HTTPS=HTTP + SSL/TLS**。

### 什么是SSL/TSL ###

SSL和TSL是一种安全协议。其中SSL是早起采用的安全协议，后来TSL是在SSL的基础上进一步标准化了SSL协议。在上面的图中可以看到，SSL和TSL位于传输层之上，在数据到达传输层之前都会经过SSL/TSL协议层处理，由SSL/TSL保证数据的机密性和完整性。

### SSL/TSL中的加密技术 ###

SSL/TSL安全协议保证数据安全的技术基础就是密码学。接下来，我们先了解一些跟HTTPS有关的密码学知识。

#### 密码和密钥 ####

**密码**是一种编码方案的算法，也就是使用一种编码方式编码数据，然后使用相应的解码方式解码数据的算法。

**密钥**是编码的参数。

通过密码+密钥就可以实现加密数据。

#### 对称密钥加密 ####

**对称加密**就是编码和解码使用同一个密钥的加密技术。

在对称加密中，发送端和接收端使用相同的密钥进行通信。发送端使用共享的密钥发送报文，然后将密文发送到接收端。接收端使用相同密钥解密密文，恢复原始数据。

#### 非对称密钥加密 ####

**非对称加密**也成为公开密钥加密技术，就是使用不同密钥进行通信的加密技术。

非对称加密技术使用了不同的密钥进行通信，在发送端使用公钥对报文进行加密（*公钥就是所用人都可以获取到的密钥*），然后在接收端使用私钥对加密的密文进行解密。常见的非对称加密技术是**RSA**技术。

#### 数字签名 ####

**数字签名**是附加在报文上的特殊加密校验码。数字签名可以防止报文被篡改，如果有恶意攻击在传输过程在篡改了报文，那么校验的时候校验和就不再匹配，因此可以确认报文被篡改了。

数字签名的加解密过程：

*  发送端将报文通过算法（比如通过HASH函数）提取为定长的摘要；
 *  发送端将摘要应用签名算法，以私有密钥作为参数生成一个签名；
 *  计算得出签名后，将签名附加在报文末端发送给接收方；
 *  接收端收到报文后，对签名进行检查。接收端通过公开密钥解码签名。然后比对报文生成的摘要是否与签名一致便可判断报文是否被篡改。

#### 数字证书 ####

**数字证书**是由权威机构给某网站颁发的一种认可凭证。它主要包含一些认证信息，比如：对象的名称（服务器、组织、个人等）、过期时间、证书颁发者、来自证书发布者的数字签名。

上面的图片就是www.google.com的证书。

我们可以看到在上面讲到**数字签名**的时候，似乎就可以保证报文的安全了。为什么还需要数字证书呢？这个设想一下这个场景：比如某人A把发送到浏览器的**公有密钥**进行了替换，同时A在给浏览器发送报文时使用自己的**私有密钥**对报文进行**数字签名**，那么浏览器就不能确认报文是否来自于真实服务器。这个时候就可以使用数字证书进行验证，因为数字证书中保存了真实服务器的信息。

## HTTPS的工作流程 ##

### 建立安全传输 ###

在TCP连接建立完成以后，在HTTPS协议中，客户端和服务端会初始化SSL层，也就是安全层。

#### SSL握手 ####

在发送报文之前，客户端和服务端会进行一次SSL握手，在这个过程中主要完成以下工作：

*  交换协议版本号；
 *  选择一个两端都了解的密码；
 *  对两端的身份进行认证；
 *  生成临时会话密钥，以便加密信道（建立完安全通道后，传输报文时使用对称加密）；

在SSL会进行很多工作，处理交换一些必要的信息之外，还会对身份进行认证。

这里的认证是通过数字证书进行的，在客户端获取证书后，会采用相应的算法对服务端的身份信息进行验证：

*  日期检测：客户端会检查证书的有效期是否合法；
 *  签名颁布者可信度检测：浏览器会附带一个签名颁发机构的授信列表，如果浏览器收到了位置的颁发机构签发的证书，那么它会显示一条警告信息；
 *  签名检测：客户端对签名使用签名颁发机构的公开密钥，然后将其与校验码比较，以便验证证书是否合法；
 *  站点身份检测：客户端验证数字证书中的域名是否与服务端的域名匹配；

身份认证完成后，客户端与服务端进行密码协商，确定本次连接采用哪种加密算法进行通信。

### 开始通信 ###

SSL握手完成后，就完成建立了HTTPS通道，客户端与服务端就会根据协商的加密算法进行通信。

整个HTTPS的工作流程可以总结如下：

## 总结 ##

相较于HTTP协议，HTTPS确保了报文的机密性以及完整性。HTTPS确保这些的依赖就是SSL/TSL协议，SSL/TSL安全协议搭配数字证书保证了报文在传输过程中的绝对安全。

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