浅谈 HTTPS - 技术栈

文章目录

[HTTPS 简介](#HTTPS 简介)
[HTTPS 特点](#HTTPS 特点)
[与 HTTP 的区别](#与 HTTP 的区别)
[HTTPS 工作流程](#HTTPS 工作流程)
- [1. 服务端生成密钥对](#1. 服务端生成密钥对)
- [2. 服务端申请数字证书](#2. 服务端申请数字证书)
- [3. 服务端发送数字证书](#3. 服务端发送数字证书)
- [4. 客户端验证数字证书](#4. 客户端验证数字证书)
- [5. 客户端解析证书内容](#5. 客户端解析证书内容)
- [6. 客户端传送加密信息](#6. 客户端传送加密信息)
- [7. 服务端解密信息](#7. 服务端解密信息)
- [8. 双方协商生成会话密钥并交换](#8. 双方协商生成会话密钥并交换)
- [9. 使用会话密钥进行通信](#9. 使用会话密钥进行通信)
总结

浅谈 HTTP

HTTPS 简介

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 是一种安全的通信协议 ，以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。

HTTPS 通过在 HTTP 协议的基础上添加 SSL/TLS 来提供加密通信和身份验证，HTTPS的安全基础是 SSL/TLS。

这意味着，当使用 HTTPS 访问一个网站时，与该网站之间的所有通信都是加密的，从而保护数据免受中间人攻击和其他形式的网络攻击。现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。

SSL：

HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全，为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生了HTTPS。
TLS：

它是 SSL (Secure Sockets Layer) 的继任者，因为 SSL 在过去的几个版本中存在已知的安全漏洞，所以 SSL 3.0 之后的版本被重新命名为 TLS，并且后续的改进和发展都在 TLS 的名下进行。

HTTPS 的作用：

建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；
确认网站的真实性。

HTTPS 特点

安全性：

HTTPS在HTTP协议的基础上加入了安全层（SSL/TLS），对数据进行加密传输

保护了数据在传输过程中的安全，防止被第三方截获和窃取（Cookie都会通过加密的方式传输）

HTTPS连接在数据传输过程中始终保持加密状态，即使连接被截断，也不会影响数据的加密状态。
可信性：

HTTPS需要使用CA（证书颁发机构）颁发的证书来进行加密和解密操作，来验证服务端的身份

客户端在与服务端建立连接时会验证证书的真实性和合法性，确保通信双方的身份可信（防止了中间人攻击）

使用HTTPS协议可以提升用户对网站的信任度
完整性：

HTTPS协议使用MAC（消息认证码）来确保数据的完整性。

与 HTTP 的区别

HTTP 是明文传输，HTTPS 通过 SSL/TLS 进行了加密

HTTPS连接在数据传输过程中始终保持加密状态，即使连接被截断，也不会影响数据的加密状态。

而HTTP的连接是明文的，一旦被截断，数据就可能被窃取或篡改。
HTTP 的端口号是 80，HTTPS 是 443
HTTPS 需要到 CA 申请证书，一般免费证书很少，需要交费
HTTP 的连接很简单，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，比 HTTP 协议安全。

HTTPS 工作流程

1. 服务端生成密钥对

在HTTPS通信中，服务端首先生成一对密钥：私钥和公钥

私钥：

私钥是密钥对所有者（服务端）持有的，必须严格保密，不可公布给任何人。

私钥用于解密由公钥加密的数据，以及用于对需要传输的文本的摘要进行加密，生成签名。
公钥：

公钥是密钥对持有者（服务端）公布给他人的，用于给数据加密。

用公钥加密的数据只能使用对应的私钥进行解密。

在签名验证过程中，接收方会使用公钥对签名进行解密，获取文本的摘要，然后与自己计算得到的摘要进行对比，以验证数据的完整性和发送者的身份。

私钥可以看成钥匙，只能自己拿着，可以解开对应的锁头

公钥可以看成锁头，给别人加密重要数据的，只有对应的钥匙才能打开

2. 服务端申请数字证书

采用HTTPS协议的服务端必须要有一套数字证书，可以向证书颁发机构CA提出购买申请：

常见的证书颁发机构包括Symantec、GeoTrust、Thawte等。

提交申请：

准备申请材料 => 线上购买 => 缴纳费用

服务端向CA提交数字证书的申请（申请包括：该实体的公钥以及相关的身份信息）
验证申请：

证书颁发机构将对服务端的申请进行审核，验证这个申请的真实性（如：确认申请者是否真的拥有所提交的公钥）

可能还需要服务端配合完成实名认证、域名验证等环节。
颁发证书：

验证通过后证书颁发机构将为服务端颁发CA数字证书

证书通常以电子文件的形式提供，服务端需要根据颁发机构的指引下载、安装和使用证书。

数字证书包含：

申请者的公钥：

用于在HTTPS通信中加密数据，确保数据只能被具有相应私钥的服务端解密
数字签名：

证书颁发机构会使用自己的私钥对证书的内容（包括申请者的公钥和一些其他信息）进行加密，生成一个数字签名（哈希值）

这个签名是证书颁发机构对证书内容的认可，确保证书没有被篡改
其他信息：

申请者的身份信息（如域名）

证书信息：包括证书的有效期、证书持有者的名称（域名）、证书链等信息

HTTPS的数字证书并不直接包含私钥，但它确实与私钥紧密相关。

3. 服务端发送数字证书

服务端收到数字证书后，会在HTTPS通信的TLS/SSL握手过程中主动向客户端发送数字证书

4. 客户端验证数字证书

获取证书链：

客户端收到数字证书后就会从中获取证书链

证书链：数字证书中包含整个证书链，证书链是由一系列证书构成的链条，从服务端证书开始到中间证书，直到根证书结束。

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解析证书链：

客户端解析证书链中的每个证书，获取证书的各种属性(颁发者、有效期、域名等)

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检查证书域名：

在解析证书链后，客户端会检查证书中的域名是否与请求的域名一致

这是为了防止"中间人攻击（MITM）"，即攻击者拦截并篡改通信内容，或者冒充服务端与客户端进行通信，确保客户端与预期的服务端进行通信。

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验证证书的有效性：

在确认域名匹配后，客户端会验证证书的有效性(是否已过期、被吊销)
- 检查证书是否在有效期内（即证书的开始时间和结束时间）
- 检查证书是否已被吊销（通过证书吊销列表CRL或在线证书状态协议OCSP）。
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验证证书链：

接下来，客户端会验证证书链的完整性（使用公钥来验证证书的数字签名）

客户端会按照顺序验证证书链中的每个证书 ，从服务端证书开始，使用颁发者的公钥来验证证书的数字签名，并重复此过程，直到到达受信任的根证书。

如果任何一个证书的签名验证失败，那么整个证书链将被视为无效，客户端将不会信任服务端证书，从而阻止与服务端的安全通信。

以确保证书是由受信任的证书颁发机构签发的，并且整个信任链是完整和未被篡改的。

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验证根证书：

最后，客户端会验证服务端证书的合法性（客户端在预置的信任机构列表中查找根证书，找到即合法）
- 根证书在列表中：那么客户端就会信任这个根证书，并认为整个证书链是有效的。
- 根证书不在列表中：那么证书链将被视为无效。

5. 客户端解析证书内容

数字证书被验证为有效后，客户端开始解析数字证书中的内容

数字证书中包含了许多关于服务端的信息：如服务端的公钥、证书的有效期、颁发者信息等。

6. 客户端传送加密信息

当客户端解析数字证书后，就会向服务端传送加密信息

这个过程通常包括以下几个步骤：

生成会话密钥：

客户端会生成一个随机的会话密钥（通常是一个对称密钥）

这个密钥将用于后续的加密和解密操作
加密会话密钥：

客户端使用服务端证书中的公钥对生成的会话密钥进行加密

这就像使用一个锁（公钥）将密钥（会话密钥）锁住，只有持有相应钥匙（私钥）的人才能打开这个锁
传送加密信息：

客户端将加密后的会话密钥（以及可能的其他加密参数或信息）通过HTTPS连接发送给服务端

这个过程中，由于会话密钥已经被服务端的公钥加密，因此即使数据在传输过程中被截获，攻击者也无法直接获取到会话密钥的内容

7. 服务端解密信息

当服务端接收到客户端发送的加密信息后，服务端使用自己的私钥来解密会话密钥

这就像服务端使用自己的钥匙打开了客户端锁上的锁，从而获取到了会话密钥。

这样，双方就都拥有了相同的会话密钥，而第三方无法知道这个密钥。

8. 双方协商生成会话密钥并交换

上面的客户端传送加密信息 和 服务端解密信息 就是 双方协商生成会话密钥并交换 的过程

9. 使用会话密钥进行通信

一旦会话密钥被成功协商和交换，服务端和客户端双方就可以使用这个会话密钥来对后续的HTTP请求和响应进行加密和解密了

具体来说，客户端会使用会话密钥来加密其发送给服务端的HTTP请求，而服务端则使用相同的会话密钥来解密这些请求。

同样地，服务端也会使用会话密钥来加密其发送给客户端的HTTP响应，而客户端则使用相同的会话密钥来解密这些响应。

这种加密方式通常被称为对称加密，因为它使用同一个密钥（会话密钥）来进行加密和解密操作。确保了通信过程中数据的安全性和机密性。因为只有拥有会话密钥的双方才能对消息进行正确的加密和解密，而第三方无法知道这个密钥，因此无法窃取或篡改通信内容。

总结

服务端首先生成一对密钥：私钥和公钥
服务端向证书颁发机构提交数字证书的申请（申请包括：该实体的公钥以及相关的身份信息）
证书颁发机构验证申请的真实性（如：确认申请者是否真的拥有所提交的公钥）
验证通过后证书颁发机构将为服务端颁发CA数字证书
服务端主动向客户端发送数字证书
客户端收到数字证书后就会从中获取证书链
客户端解析证书链中的每个证书，获取证书的各种属性(颁发者、有效期、域名等)
客户端检查证书中的域名是否与请求的域名一致
客户端验证证书的有效性(是否已过期、被吊销)
客户端验证证书链的完整性（使用公钥来验证证书的数字签名）
客户端验证服务器证书的合法性（在预置的信任机构列表中查找根证书，找到即合法）
客户端解析数字证书中的内容（得到服务器的公钥、证书的有效期等）
客户端会生成一个随机的会话密钥
客户端使用服务器证书中的公钥对生成的会话密钥进行加密
客户端将加密后的会话密钥发送给服务器
服务端使用自己的私钥来解密会话密钥
服务端和客户端双方协商生产会话密钥并交换
服务端和客户端双方就可以使用这个会话密钥来对后续的HTTP请求和响应进行加密和解密了