HTTPS 的应用数据是如何保证完整性的？

在 HTTPS 中，确保 应用数据的完整性 是通过以下几个关键机制来实现的：

1. 消息认证码（MAC）：用于确保数据在传输过程中未被篡改。
2. 加密：通过加密数据防止数据被窃取，并与 MAC 配合使用，确保数据的完整性。
3. 数字签名：用于验证数据来源的真实性，保证数据的完整性和来源未被伪造。

具体来说，数据的完整性保证了数据在传输过程中未被恶意篡改。即使中间人能够拦截数据，他们也无法修改数据而不被发现。

1. 数据加密与完整性结合

HTTPS 使用 TLS/SSL 协议 来加密通信内容，并且不仅仅是加密数据本身，还使用 消息认证码（MAC） 来验证数据的完整性。TLS 是一个加密协议 ，它结合了 对称加密 和 非对称加密 ，同时提供 完整性检查。

加密的作用：

• 保密性：对称加密保证数据的机密性，防止被未授权的第三方查看。
• 篡改防护：加密确保即使中间人可以看到数据，也无法修改它，因为修改加密数据将导致解密失败。

但是，加密并不能完全保证数据的 完整性 ，因为如果加密数据在传输过程中被篡改，接收方会解密出无效或不一致的内容。因此，消息认证码（MAC）就成了保障数据完整性的重要机制。

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2. 消息认证码（MAC）

在 HTTPS 中，数据的完整性主要通过 消息认证码（MAC） 来实现。MAC 是利用一个密钥和数据内容计算出的一段固定长度的哈希值，它保证了数据在传输过程中的完整性。

HMAC（哈希消息认证码）：

• HMAC 是一种基于哈希函数和密钥的认证方法。在 TLS 中，HMAC 通常使用 SHA-256 等哈希算法来生成消息认证码。
• 当客户端和服务器通过 TLS 握手 协商好共享的 会话密钥（对称密钥）后，他们会使用这个密钥来生成和验证消息认证码。

MAC 如何确保完整性：

1. 生成 MAC ：在每个数据包发送之前，发送方（客户端或服务器）会使用会话密钥和消息内容一起生成一个 HMAC。
2. 附加 MAC 到数据 ：每个数据包（包括 HTTP 请求和响应）都附带这个 MAC，确保接收方可以验证消息内容的完整性。
3. 验证 MAC ：接收方（客户端或服务器）使用相同的会话密钥和接收到的数据计算出新的 HMAC ，并与数据包中的 HMAC 进行比对。如果两个 HMAC 匹配，说明数据未被篡改；如果不匹配，则数据被篡改，接收方会拒绝该数据包。

通过这种机制，即使有人能够篡改加密数据（比如修改了某个 HTTP 请求的内容），也无法重新计算出正确的 HMAC，接收方就会发现数据被篡改。

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3. 加密与 HMAC 的结合

在 TLS/SSL 协议中，数据的加密与 HMAC 协同工作，确保了数据的 机密性 和 完整性。

• 加密：数据通过对称加密（如 AES）加密，使得即使数据被拦截，数据的内容也无法被读取。
• HMAC ：同时，数据的完整性也通过 HMAC 校验，如果数据在传输过程中被篡改，HMAC 校验将失败。

具体步骤：

1. 客户端和服务器在 TLS 握手 中通过 非对称加密 交换公钥，之后生成共享的 会话密钥。
2. 客户端使用该会话密钥对数据进行 对称加密 （如使用 AES），并计算出 HMAC。
3. 服务器收到加密的数据后，使用会话密钥解密数据，并计算出 HMAC ，与接收到的 HMAC 比较。如果一致，说明数据未被篡改。

这种加密与消息认证码的结合，能够同时保证数据在传输过程中的 机密性 和 完整性。

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4. 证书和数字签名的作用

数字签名 在 HTTPS 中也起到保护数据完整性的作用。虽然它主要用于 身份验证 和 防篡改，但它也间接确保了数据的完整性，尤其是在传输过程中。

数字签名的作用：

• 验证数据来源：通过签名，客户端可以验证服务器（或网站）的身份，确保服务器确实是合法的，而不是一个恶意的伪造者。
• 防篡改 ：数字签名基于 哈希值 和 私钥 生成，任何对数据的修改都会导致签名不匹配，因此能够有效地发现数据是否被篡改。

在 HTTPS 的证书链中，CA（证书颁发机构）对证书进行签名，确保证书内容的完整性。在数据传输过程中，数字签名用于验证消息的来源和真实性，从而保护数据的完整性。

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5. 如何检测数据是否被篡改

如果数据在传输过程中被篡改，HTTPS 会通过以下方式进行检测：

• 加密失败 ：由于加密的 对称密钥 只能由服务器和客户端共享，篡改后的数据在解密时会失败，接收方无法获取正确的数据。
• HMAC 校验失败 ：当接收到的数据经过 HMAC 校验时，如果数据被篡改，则 HMAC 会不匹配，接收方会检测到数据被篡改。

当 HTTPS 检测到数据被篡改时，它会拒绝该数据并终止连接，保护数据不被泄露或误处理。

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6. 总结

在 HTTPS 中，应用数据的完整性是通过 加密 和 消息认证码（HMAC） 来保证的：

• 加密 确保数据的机密性，防止数据被窥探。
• HMAC 确保数据在传输过程中没有被篡改。
• 数字签名 用于身份验证，并间接确保数据来源的可靠性。