【网络】HTTPS协议

目录

HTTPS是什么

一、相关概念

1.什么是加密?解密?

2.加密方式

1.对称加密

2.非对称加密

3.数据摘要&&数据指纹

4.数字签名

[二、HTTPS 的工作过程探究](#二、HTTPS 的工作过程探究)

[方案 1 - 只使用对称加密](#方案 1 - 只使用对称加密)

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[方案 2 - 只使用非对称加密](#方案 2 - 只使用非对称加密)

[方案 3 - 双方都使用非对称加密](#方案 3 - 双方都使用非对称加密)

[方案 4 - 双方都同时使用非对称加密 + 对称加密](#方案 4 - 双方都同时使用非对称加密 + 对称加密)

引入证书

理解数字签名

[方案 5 - 非对称加密 + 对称加密 + 证书认证](#方案 5 - 非对称加密 + 对称加密 + 证书认证)

如何成为中间人


HTTPS是什么

HTTPS也是一个应用层协议,是在HTTP协议基础上引入了一个加密层。

HTTPS协议内容都是按照文本的方式明文传输的,这就导致在传输过程中出现一些被篡改的情况。HTTPS就是在HTTP的基础上,进行了加密,进一步保护了数据的安全

一、相关概念

1.什么是加密?解密?

加密就是把明文 (要传输的信息)进行一系列变换,生成密文

解密就是把密文 在进行一系列变换,还原成明文

在这个加密和解密的过程中,往往需要一个或多个中间的数据,辅助进行这个过程,这样的数据称为密钥

2.加密方式

1.对称加密

  • 采用单钥密码系统的加密方法,同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密,这种加密方法称为对称加密,也称为单密钥加密,特征是:加密和解密的密钥是相同的
  • 常见对称加密算法:DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等。
  • 特点:算法公开,计算量小,加密速度快,加密效率高等。

对称加密其实就是通过同一个"密钥",把明文加密成密文,并且也能把密文解密成明文。

2.非对称加密

  • 需要两个密钥来进行加密和解密,这两个密钥是公开密钥(public key,简称公钥)和私有密钥(private,简称私钥)。
  • 常见的非对称加密算法:RSA,DSA,ECDSA
  • 特点:算法强度复杂,安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂,而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。

非对称加密要用到两个密钥,一个叫做"公钥",一个叫做"私钥"。

公钥和私钥是配队的,最大的缺点就是运算速度非常慢,比对此加密要慢的多

  • 通过公钥对明文加密,变成密文。
  • 通过私钥对密文解密,变成明文

也可以反着用。

3.数据摘要&&数据指纹

  • 数据指纹(数据摘要),其基本原理是利用单向散列函数(hash函数)对信息进行运算,生成一串固定长度的数据摘要。数据指纹并不是一种加密机制,但可以用来判断对数据有没有被篡改。
  • 摘要常见算法:有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等,算法把无限的映射成有限,因此可能会有碰撞(两个不同的信息,算出的摘要相同,但是概率非常低)
  • 摘要特征:和加密算法的区别是,摘要严格意义上不是加密,因为没有加密,只不过从摘要很难反推原信息,通常用来进行数据对比

4.数字签名

摘要经过加密,就得到数字签名。

二、HTTPS 的工作过程探究

方案 1 - 只使用对称加密

引入对称加密之后, 即使数据被截获, 由于黑客不知道密钥是啥, 因此就无法进行解密, 也就不知道请求的真实内容是啥了. 但事情没这么简单. 服务器同一时刻其实是给很多客户端提供服务的. 这么多客户端, 每个人用的秘钥都必须是不同的(如果是相同那密钥就太容易扩散了, 黑客就也能拿到了). 因此服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关联关系, 这也是个很麻烦的问题。

比较理想的做法, 就是能在客户端和服务器建立连接的时候, 双方协商确定这次的密钥是啥。

但是如果直接把密钥明文传输, 那么黑客也就能获得密钥了~~ 此时后续的加密操作就形同虚设了. 因此密钥的传输也必须加密传输!

但是要想对密钥进行对称加密, 就仍然需要先协商确定一个 "密钥的密钥". 这就成了 "先有鸡还是先有蛋" 的问题了. 此时密钥的传输再用对称加密就行不通了.

方案 2 - 只使用非对称加密

鉴于非对称加密的机制,如果服务器先把公钥以明文方式传输给浏览器,之后浏览器向服务器传数据前都先用这个公钥加密好再传,从客户端到服务器信道似乎是安全的 (有安全问题),因为只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据。

但是服务器到浏览器的这条路怎么保障安全?

如果服务器用它的私钥加密数据传给浏览器,那么浏览器用公钥可以解密它,而这个 公钥是一开始通过明文传输给浏览器的,若这个公钥被中间人劫持到了,那他也能用该公钥解密服务器传来的信息了。

方案 3 - 双方都使用非对称加密

  1. 服务端拥有公钥 S 与对应的私钥 S',客户端拥有公钥 C 与对应的私钥 C'
  2. 客户和服务端交换公钥
  3. 客户端给服务端发信息:先用 S 对数据加密,再发送,只能由服务器解密,因为只有服务器有私钥 S'
  4. 服务端给客户端发信息:先用 C 对数据加密,在发送,只能由客户端解密,因为只有客户端有私钥C

但是这样也有问题:1.效率太低, 2.依旧有安全问题。

方案 4 - 双方都同时使用非对称加密 + 对称加密

  • 服务端具有非对称公钥 S 和私钥 S'
  • 客户端发起 https 请求,获取服务端公钥 S • 客户端在本地生成对称密钥 C, 通过公钥 S 加密, 发送给服务器.
  • 由于中间的网络设备没有私钥, 即使截获了数据, 也无法还原出内部的原文, 也就无法获取到对称密钥(待商榷)
  • 服务器通过私钥 S'解密, 还原出客户端发送的对称密钥 C. 并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据.
  • 后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可. 由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道, 其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义.

由于对称加密的效率比非对称加密⾼很多, 因此只是在开始阶段协商密钥的时候使用非对称加密, 后续的传输仍然使用对称加密

方案二、三、四都存在一个问题,如果最开始,中间人就已经开始攻击了呢?

中间人攻击 - 针对上面的场景

Man-in-the-MiddleAttack,简称"MITM 攻击

如果中间人的攻击,如果在最开始握手协商的时候就进行了,那这几种方案的安全性就有待商榷了。

  1. 服务器具有非对称加密算法的公钥 S,私钥 S'
  2. 中间人具有非对称加密算法的公钥 M,私钥 M'
  3. 客户端向服务器发起请求,服务器明文传送公钥 S 给客户端
  4. 中间人劫持数据报文,提取公钥 S 并保存好,然后将被劫持报文中的公钥 S 替换成为自己的公钥 M,并将伪造报文发给客户端
  5. 客户端收到报文,提取公钥 M(自己当然不知道公钥被更换过了),自己形成对称秘钥 X,用公钥 M 加密 X,形成报文发送给服务器
  6. 中间人劫持后,直接用自己的私钥 M'进行解密,得到通信秘钥 X,再用曾经保存的服务端公钥 S 加密后,将报文推送给服务器
  7. 服务器拿到报文,用自己的私钥S'解密,得到通信秘钥 X
  8. 双方开始采用 X 进行对称加密,进行通信。但是一切都在中间人的掌握中,劫持数据,进行窃听甚至修改,都是可以的

问题本质出在哪里了呢?客户端无法确定收到的含有公钥的数据报文,就是目标服务器发送过来的!

引入证书

CA 认证

服务端在使用 HTTPS 前,需要向 CA 机构申领一份数字证书,数字证书里含有证书申请者信息、公钥信息等。服务器把证书传输给浏览器,浏览器从证书里获取公钥就行了,证书就如身份证,证明服务端公钥的权威性

申请证书的时候,需要在特定平台生成查,会同时生成一对⼉密钥对 ⼉,即公钥和私钥。这对密钥对儿就是用来在网络通信中进行明文加密以及数字签名 的。 其中公钥会随着 CSR 文件,一起发给 CA 进行权威认证,私钥服务端自己保留,用来后续进行通信(其实主要就是用来交换对称秘钥)

理解数字签名

签名的形成是基于非对称加密算法的

当服务端申请 CA 证书的时候,CA 机构会对该服务端进行审核,并专⻔为该网站形成 数字签名,过程如下:

  1. CA 机构拥有非对称加密的私钥 A 和公钥 A'
  2. CA 机构对服务端申请的证书明文数据进行 hash,形成数据摘要
  3. 然后对数据摘要用 CA 私钥 A'加密,得到数字签名S

服务端申请的证书明文和数字签名 S 共同组成了数字证书,这样一份数字证书就可以颁发给服务端了

方案 5 - 非对称加密 + 对称加密 + 证书认证

如何成为中间人

  • ARP 欺骗:在局域网中,hacker 经过收到 ARP Request广播包,能够偷听到其它节点的 (IP, MAC)地址。例, 黑客收到两个主机 A, B 的地址,告诉 B (受害者) ,自己是 A,使得 B 在发送给 A 的数据包都被黑客截取
  • ICMP 攻击:由于 ICMP 协议中有重定向的报文类型,那么我们就可以伪造一个 ICMP 信息然后发送给局域网中的客户端,并伪装自己是一个更好的路由通路。从而导致目标所有的上网流量都会发送到我们指定的接口上,达到和 ARP 欺骗同样的效果
  • 假 wifi && 假网站
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