秋招突击——8/16——知识补充——HTTPS的介绍

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引言

昨天腾讯面试的时候，发现自己对于HTTPs并不是很了解，基本上只知道是加密版本的HTTP，但是具体的通信双方连接建立的具体方式还是不知道！能够使用什么样的加密算法也不是很清楚，今天作为一个补充，好好整理一下！
BIBM应该是挂了，感觉自己的反应有点大，不应该以一篇文章的评审结果来评判自己，能够通过最好，不能通过也不能否定我整个人，我再根据他的投稿意见继续修改就行了！
信息来源------小林coding

正文

HTTPS简介

HTTP的缺陷引入

HTTP因为是明文传输而且不需要证书认证，存在很多风险，具体如下
- 窃听风险：可以在通信链路上获取通信内容，如果涉及到个人隐私信息可能会泄露
- 篡改风险：可以修改网络传输的内容，强制植入一些垃圾广告，或者修改敏感信息
- 冒充风险 ：冒充同名网站，盗取个人账号和密码或者资金
  HTTPS解决方式------引入SSL/TLS协议
具体解决方式主要分为三部分
- 混合加密：实现信息加密
- 摘要算法：防止篡改
- 数字证书：禁止冒充

混合加密==》信息加密

HTTPS采用了对称加密和非对称加密结合的混合加密方式。

对称加密方式说明

双方共享相同的密钥 对文件进行加密和解密操作。
- 发送方使用密钥对明文进行加密，生成密文
- 接收方使用相同的密钥对密文进行解密，恢复成明文
常见的算法
- DES、AES等
特性
- 安全性不高，一旦泄露，加密数据面临破解的风险
- 速度快，适合处理大量数据
实现原理
- 使用位运算速度快，使用硬件计算，速度回更快

非对称加密方式说明

使用一对不同的密钥进行加密和解密 的加密算法。密钥分为公钥和私钥。
- 公钥：
  - 可以公开给任何人
  - 发送过程中，使用公钥对密文进行加密，生成密文
- 私钥：
  - 必须保密，私人持有
  - 接受过程中，使用自己的私钥对密文进行解密，恢复成明文
常见算法
- RSA加密算法
- ECC加密算法
特性
- 安全性高，能够提供身份验证和数据完整性保护
- 加密和解密速度相对较慢，适合处理少量数据
实现原理
- 设计大数乘法或者大数模等运算，比较耗时

对称密钥加密快的原因

运算方式：
- 对称密钥主要是位运算，速度更快，如果使用硬件计算，速度更快
- 非对称密钥计算更加复杂，往往会涉及到大数乘法、大数模等
数据容量
- 相同强度下，对称加密需要的数据量更小。
- 对称加密一般是128位、256位
- 非对称加密一般是要2038位

HTTPS采用的是混合加密的方式

在通信建立前，采用非对称加密的方式交换对称密钥 ，后续不在使用
- 首先，服务器是同时拥有公钥和私钥，发送给客户端公钥
- 然后，客户端生成后续通信的对称密钥，通过公钥加密传输给服务器
- 最后，服务器通过手里的私钥进行解密，获得了后续对称密钥通信的密钥
在通信过程中，全部使用对称密钥的方式加密明文

摘要算法==》防止篡改

通俗理解

为了防止篡改，就给需要发送的摘要计算一个特殊标记值（这个标记值和摘要内容是一一对应的），然后的将这个一一对应的标记值，和内容一块发送给对方。
接收方收到后，会对摘要重新计算一个标记值，因为标记值是一一对应的，所以如果传输内容修改了，那么标记值就修改了，借此来比对内容是否发生了修改！
标记值生成规则
- 特殊标记和输入内容，一一对应
- 不可逆，无法通过特殊标记推导出输入内容

摘要算法

计算内容的哈希值，这个哈希值值特殊标记，无法通过哈希值推导出具体内容
发送数据的时候，发送的内容是：发送的内容 + 当前内容对应的哈希值
接收数据的时候，接受的内容是：接受的数据 + 接受的哈希值
- 比对是否发生了篡改
  - 计算 接收的数据的哈希值 == 接受的哈希值
弊端==》无法验证是否来自服务端
- 如果冒名者知道服务器的对称加密的私钥，但是不知道非对称加密的私钥，就可以替换内容
- 直接替换 传输内容 + 特殊标记

数字签名==》确认身份

服务器用手上非对称加密的私钥，对计算出来的特殊标记进行加密，生成数字签名
发送内容：传输内容 + 私钥加密（哈希值计算（传输内容））的数字签名

数字证书==》禁止冒充

如果中间截胡，给你发送了一对伪造的私钥和公钥，那么就可以伪造服务器和客户端通信了！必要验证你发过来的公钥是合法的，这就引入第三方机构！

数字证书简介

这里会将【个人信息 + 公钥 + 数字签名 】发送给第三方机构CA ，第三方机构使用它的密钥进行加密，生成【数字证书】，发送给客户端。
客户端收到之后，会将【数字证书 】的向第三方机构验证证书的合法性，
- 第三方机构会进行解密，揭秘成功会发送给客户端对应公钥

具体实现

1、注册公钥
- 服务器 将自己的公钥注册到CA
  - CA用自己的私钥，将服务器的公钥数字签名【数据内容》哈希值》数字签名 】进行加密，并颁发数字证书
- 客户端 保存CA的公钥的到浏览器中
  - 客户端收取到信息之后，会使用公钥进行解密，进行验证判定对应数字证书是否合法。
2、信息交互
- 服务器 将数字证书发送到客户端，这其中包含了对应的非对称加密的公钥
- 客户端接收到了对应公钥之后，将对称加密的私钥加密发送给服务端

具体流程如下

HTTPS建立连接过程------RSA密钥交换算法

SSL\TLS协议的基本流程

验证公钥
- 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥
协商私钥
- 双方协商生产会话密钥
密钥通信
- 双方采用的会话密钥进行通信

前两步是TLS握手阶段

TLS的握手阶段涉及4次通信，使用不同的密钥交换算法，主要的有两种
- RSA算法
- ECDHE算法

TLS四次握手过程（以RSA为例）

第一次握手==》Cilent hello
- 客户端发起的Client Hello信息，包括如下信息
  - TLS版本号
  - 支持的密码套件
  - 客户端生成的随机数A（后续用来生成的对称密钥元素之一）
第二次握手==》Server Hello
- 服务端回复客户端发起的hello信息==》Server Hello ，包含如下信息
  - TSL版本号
  - 密码套件
  - 服务端生成的随机数B（后续用来生成的对称密钥元素之一）
- 发送身份证明==》Certificate
  - 数字证书证明他的身份
- Server Hello Done打招呼结束
  - 第二次握手信息全部发送完毕
第三次握手==》Client key Exchange关键字交换
- 准备==》校验证书
  - 拿到服务端的Certificate，会使用CA的公钥进行解密验证，获取服务端的公钥
- 加密随机数
  - 客户端生成随机数C（后续用来生成的对称密钥元素之一）
  - 通过公钥进行加密传输给服务端
- 通话信息总结
  - 使用三个随机数生成对称密钥，并对之前的信息进行摘要验证对称密钥
第四次握手==》服务器验证
- 服务器使用三个随机数字生成对称密钥，
- 对已有数据做一个摘要，并使用对称密钥进行通信验证。

双方都没问题，握手结束！！

上述密钥交换算法使用较少，不具备前向安全的性质

HTTPS建立连接过程------ECDHE密钥交换算法

离散对数

f(a) = b,知道a很好求b，然后无法根据b反推出a，现有计算机做不到，是非对称的。
- b作为公钥，a作为私钥
- 知道了公钥也猜不出私钥

DH算法

基于离散对数的密钥交换算法

DHE算法

基于动态的随机生成密钥的密钥交换算法

ECDHE

使用圆锥曲线去指导生成对应密钥的算法
优势
- 生成的密钥更快、更安全

ECDHE四次握手

第一次握手==》Client Hello
- 客户端发送的Client Hello握手信息，包括的
  - TLS版本号
  - 密码套接字
  - 随机数A
第二次握手==》Server Hello
- TLS版本号
- 密码套接字
- 随机数B
- 验证证书Certificate
- Server Key Exchange 注意，不同于RSA，这里是服务器生成key的
  - 交换跟椭圆曲线的相关信息
第三次握手==》Client Key Exchange
- 验证证书合法性
- 生成客户端椭圆曲线公钥
- 【客户端随机数 + 服务端随机数 + x】生成对称密钥
- Change Cliper Spec
  - 告知对方后续使用加密算法通信
- Excrypted Handshake Message
  - 使用之前发送的数据做一个摘要验证
- 当前阶段可以直接使用对称密钥进行通信了！
TLS四次握手
- Change Cliper Spec
  - 告知对方后续使用加密算法通信
- Excrypted Handshake Message
  - 使用之前发送的数据做一个摘要验证

RSA和ECDHE握手区别

RSA不具备前向保密，ECDHE支持前向保密
ECDHE可以只需要进行三次握手就能发送信息，RSA必须要四次才行
第二次握手，ECDHE中服务端会发送Server Exchange Key，RSA没有该过程

面试题目

HTTP和HTTPS有什么区别

安全性 ：
- HTTP是明文传输，HTTPS是加密传输
建立连接的方式
- HTTP是三次TCP握手即可，HTTPS需要在此基础上增加SSL/TLS四次握手
证书
- HTTPS需要CA证书验证身份

了解过那些加密算法

对称加密算法，加密解密用相同密钥，快
- AES
非对称加密算法，两个密钥，公钥私钥，各有不同。公钥加密私钥解密，传输敏感信息；私钥加密公钥解密，验证用户信息
- ECDHE、RSA
哈希算法，完整性校验
- MD5

对称加密和非对称加密是什么？各自有哪些算法？

对称加密

加密解密使用同一个密钥，速度快，适合大文件传输
AES、DES
非对称加密
两个不同的密钥，公钥公开，私钥保密，加密较慢。公钥加密对称密钥进行传输
RSA、DHE、ECDHE

假设有一个文件，大小未知，现在要把它上传到云端，使用对称加密还是非对称加密？

对称加密
速度快，在相同保密强度在，使用的数据更少

HTTPS建立过程是怎么样？

TCP三次握手
TSL/SSL四次握手
- 第一次握手
  - Client Hello
  - 发送如下信息
    - TLS版本号
    - 密码套接字
    - 随机数A
- 第二次握手
  - Server Hello
  - 发送如下信息
    - TLS版本号
    - 密码套接字
    - 随机数B
    - 数字证书
    - 公钥
  - Server Done
    - 信息发送完毕
- 第三次握手
  - 验证certificate
  - 生成随机数
  - 生成对称密钥，并生成摘要，开始使用对称密钥进行通信，请服务器进行验证
- 第四次握手
  - 服务器执行相同操作

简陋了点，不过我觉得把三次随机数、CA等关键信息说出来，应该可以应付面试了！

为什么需要三个随机数？

伪随机数，容易被破解，三个伪随机数，近似真实随机数

一次HTTPS需要几个RTT

两个，总共有四次握手

SSL握手流程为什么要使用非对称加密

因为需要安全传输对称加密的密钥

为什么HTTPS不用非对称加密的算法加密HTTP报文

HTTP报文耗时，加密解密慢，HTTP传输的数据一般比较大

HTTPS会对URL加密吗？

会，HTTPS是对整个报文进行加密，URL是报文头里面的

CA机构如何验证Server身份？

服务端向CA申请证书的时候，CA会使用自己的私钥对服务器的一些信息加密，生成数字签名，然后HTTPS握手的时候，服务端传输给客户端，客户端自己的已经存了CA的公钥，进行解密验证是否可信的。

证书是绿色是什么意思？

CA校验成功，证书是可信的。

总结

这里整理的比较粗浅，关于HTTPS中的ECDHE握手并不了解，尤其是他的加密算法还不是很了解，但是我看面试很少问，上述的基本回答已经够我应付面试了，下次再遇到类似的问题，基本能够通过了！
后面还有一些问题，加油，继续整理！