文章目录
- [HTTPS 数据传输的安全性保障](#HTTPS 数据传输的安全性保障)
- [SSL/TLS 作为混合加密系统的典范](#SSL/TLS 作为混合加密系统的典范)
- [HTTPS TLS 1.2 连接(RSA 握手)的整个过程](#HTTPS TLS 1.2 连接(RSA 握手)的整个过程)
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- [TLS 握手过程解析](#TLS 握手过程解析)
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- [1. TCP 三次握手 (最顶部的黄色部分)](#1. TCP 三次握手 (最顶部的黄色部分))
- [2. TLS 握手阶段 (红色部分)](#2. TLS 握手阶段 (红色部分))
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- [2.1 Client Hello](#2.1 Client Hello)
- [2.2 Server Hello](#2.2 Server Hello)
- [2.3 CA 证书验证](#2.3 CA 证书验证)
- [2.4 Client Key Exchange](#2.4 Client Key Exchange)
- [3. Change Cipher Spec](#3. Change Cipher Spec)
- [4. Client Finished & Server Finished](#4. Client Finished & Server Finished)
- [5. 加密数据传输阶段](#5. 加密数据传输阶段)
- 关键技术点
- [客户端怎么验证 CA 证书](#客户端怎么验证 CA 证书)
- 小结
HTTPS 数据传输的安全性保障
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机密性
HTTPS通过SSL/TLS协议加密数据传输。具体流程如下:
- 首先,客户端与服务器通过非对称加密(如RSA或ECDHE)协商出一个对称加密密钥。
- 该密钥用于后续的通信数据加密,因为对称加密(如AES)相较于非对称加密更高效,尤其是处理大数据量时。非对称加密仅用于密钥交换,避免暴露实际的对称加密密钥。
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完整性
整性是通过散列算法(如SHA-256)保证的。SSL/TLS在发送数据之前会生成该数据的哈希值,并将其与数据一起发送。接收端收到数据后重新计算哈希值并与发送方的哈希值进行比较,若二者一致,说明数据未被篡改。否则,数据在传输过程中可能被篡改,通信会中断。
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权威性
数字证书用于验证服务器的身份。数字证书是由可信的证书颁发机构(CA)签发的,它包含服务器的公钥和身份信息。客户端通过验证服务器提供的证书,确保其通信对象是合法的服务器,而非冒充的中间人。证书的真实性由CA的签名保证,防止伪造和冒充。
SSL/TLS 作为混合加密系统的典范
SSL/TLS协议结合了对称加密和非对称加密的优势:
- 使用非对称加密进行密钥交换,确保安全密钥协商。
- 使用对称加密保护大规模数据传输的效率。
- 通过散列算法保证数据的完整性,数字证书确保身份验证的权威性。
这个流程是现代加密系统设计的重要参考,尤其是在应用层数据加密系统中。如果要设计自己的加密系统,可以采用类似的方法:
- 用非对称加密安全地交换对称加密密钥。
- 用对称加密处理高效的数据加密。
- 用散列算法和数字签名保护数据的完整性和权威性。
HTTPS TLS 1.2 连接(RSA 握手)的整个过程
TLS 握手过程解析
从图片来看,展示的是完整的 TLS握手流程 ,其中包括了CA 证书认证的相关部分。这个流程确保客户端和服务器之间的通信是安全的,并且数据传输过程中不会被篡改或监听。以下是对这个流程的详细解析:
1. TCP 三次握手 (最顶部的黄色部分)
- SYN → SYN + ACK → ACK:这是标准的 TCP 三次握手,用于建立客户端与服务器之间的连接。在这个阶段,TLS 握手还未开始,主要是确保客户端和服务器能正常通信。
2. TLS 握手阶段 (红色部分)
2.1 Client Hello
- 客户端向服务器发送 Client Hello 消息,其中包含:
- 支持的协议版本(例如 TLS 1.2 或 1.3)
- 客户端支持的加密套件(如 AES、RSA 等)
- 一个随机数(用于后续生成密钥)
2.2 Server Hello
- 服务器回应 Server Hello ,其中包含:
- 服务器选择的协议版本
- 服务器选择的加密套件
- 另一个随机数(和客户端的随机数组合用于生成对称密钥)
2.3 CA 证书验证
- 服务器会发送自己的 数字证书 ,证书中包含服务器的公钥,并由一个可信的 CA(证书颁发机构) 签名。具体步骤如下:
- 服务器将自己的公钥发送给 CA。
- CA 使用其私钥对服务器的公钥进行签名,形成证书。
- 证书通过 中间证书 或 根证书 的链式结构进行验证,确保服务器身份的合法性。
2.4 Client Key Exchange
- 客户端生成一个 PreMasterKey,并使用服务器的公钥加密该密钥。
- 客户端将加密的 PreMasterKey 发送给服务器,服务器使用自己的私钥解密后,双方可以生成相同的 MasterKey。
- 服务器和客户端根据之前的随机数和 PreMasterKey 生成对称密钥(MasterKey),用于后续的数据加密传输。
3. Change Cipher Spec
- 客户端和服务器都发送 Change Cipher Spec 消息,表示后续的通信将采用对称加密,使用之前协商好的 MasterKey 进行加密。
4. Client Finished & Server Finished
- Client Finished :客户端发送加密的 Finished 消息,表示握手阶段完成。
- Server Finished :服务器也发送加密的 Finished 消息,表示握手完成。
5. 加密数据传输阶段
- 一旦 TLS 握手完成,客户端和服务器使用生成的 MasterKey 进行对称加密通信,确保数据的机密性、完整性和不可抵赖性。
或者可以这么理解:
- 客户端告知服务端自己支持的密码套件(比如
TLS_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384
,其中RSA
是密钥交换的方式,
AES_256_GCM
是加密算法,SHA384
是消息验证摘要算法),提供客户端随机数。 - 服务端应答选择的密码套件,提供服务端随机数。
- 服务端发送 CA 证书给客户端,客户端验证 CA 证书(后面详细说明)。
- 客户端生成 PreMasterKey,并使用非对称加密 + 公钥加密 PreMasterKey。
- 客户端把加密后的 PreMasterKey 传给服务端。
- 服务端使用非对称加密 + 私钥解密得到 PreMasterKey,并使用 PreMasterKey+ 两个
随机数,生成 MasterKey。 - 客户端也使用 PreMasterKey+ 两个随机数生成 MasterKey。
- 客户端告知服务端之后将进行加密传输。
- 客户端使用 MasterKey 配合对称加密算法,进行对称加密测试。
- 服务端也使用 MasterKey 配合对称加密算法,进行对称加密测试
关键技术点
- 非对称加密:用于安全地交换对称加密的密钥(PreMasterKey)。
- 对称加密:用于加密实际的数据传输,因为其速度远快于非对称加密。
- 数字证书:由 CA 签发,确保服务器的身份合法,防止中间人攻击。
- 散列函数:确保数据的完整性,防止篡改。
客户端怎么验证 CA 证书
接下来,客户端和服务端的所有通信都是加密通信,并且数据通过签名确保无法篡改。那客户端怎么验证 CA 证书呢?
其实,CA 证书是一个证书链,可以看一下上图的左边部分:
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从服务端拿到的 CA 证书是用户证书,需要通过证书中的签发人信息找到上级中间证书,再往上找到根证书。
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根证书只有为数不多的权威机构才能生成,一般预置在 OS 中,根本无法伪造。
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找到根证书后,提取其公钥来验证中间证书的签名,判断其权威性。
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最后再拿到中间证书的公钥,验证用户证书的签名。
这就验证了用户证书的合法性,然后再校验其有效期、域名等信息进一步验证有效性。
小结
TLS 通过巧妙的流程和算法搭配解决了传输安全问题:使用对称加密加密数据,使用非对称加密算法确保密钥无法被中间人解密;使用 CA 证书链认证,确保中间人无法伪造自己的证书和公钥。