HTTPS 加密 - 技术栈

HTTPS 加密技术

1. HTTPS 概述

HTTPS （HyperText Transfer Protocol Secure）是 HTTP 协议的安全版本，利用 SSL/TLS 协议对通信进行加密，确保数据的机密性、完整性和身份认证。HTTPS 在保护敏感数据的传输（如登录凭证、支付信息等）方面至关重要。

2. HTTPS 加密过程的详细讲解

在 HTTPS 的加密过程中，涉及多种加密技术，主要包括 非对称加密 、对称加密 和 数字证书。以下是这些技术的详细讲解：

2.1 HTTPS 中使用的加密技术

1. 非对称加密：公钥与私钥

非对称加密 （公钥加密）用于密钥交换和身份认证，主要使用一对密钥：公钥和私钥。
- 公钥：公开给任何人，用于加密数据。
- 私钥：仅服务器拥有，用于解密通过公钥加密的数据。

作用：

身份认证：通过公钥和私钥证明服务器身份。
会话密钥传输：客户端生成会话密钥，并使用服务器的公钥加密该密钥，发送给服务器。

2. 对称加密：会话密钥加密

对称加密使用同一个密钥进行加密和解密，适合用于加密大量数据，且效率较高。

作用：

数据传输加密 ：在建立安全连接后，客户端和服务器使用 会话密钥（对称密钥）加密和解密数据。

常用对称加密算法：AES 、3DES 、ChaCha20。

2.2 HTTPS 加密过程中的步骤

1. 客户端发起请求

客户端（浏览器）向服务器发起 HTTPS 请求，请求的内容会被加密以确保安全连接。

2. 服务器返回数字证书

服务器返回由 证书颁发机构（CA） 签发的 数字证书，其中包括：

公钥：用于加密数据。
证书的有效期 、CA 信息 、服务器信息等。

作用：

身份认证：确认证书所标识的服务器合法，防止中间人攻击。
公钥交换：服务器的公钥用于加密会话密钥。

3. 客户端验证证书

客户端验证证书的有效性，步骤包括：

验证签名：证书是否由受信任的 CA 签发。
检查证书有效期：确保证书没有过期。
域名匹配：证书中的域名与请求的服务器域名是否匹配。

如果验证失败，浏览器会警告用户。

4. 客户端生成会话密钥并加密

客户端生成一个随机的 会话密钥 ，并使用服务器的公钥加密该会话密钥，然后将加密后的会话密钥发送给服务器。

5. 服务器解密会话密钥

服务器使用自己的私钥解密客户端传送的加密会话密钥。解密成功后，客户端和服务器共享相同的会话密钥。

6. 使用会话密钥加密数据

双方开始使用共享的会话密钥对所有通信数据进行加密和解密。对称加密 （如 AES）用于加密传输的实际数据。

采用对称加密后，通信数据的加密和解密变得高效，且安全。

2.3 数字证书（CA 证书）的作用

数字证书 由 证书颁发机构（CA） 签发，用于验证服务器的身份并确保数据传输的安全。

CA 证书的作用：

身份认证 ：
- 服务器通过数字证书证明自己的合法性，防止伪装的服务器攻击。
公钥交换 ：
- 服务器的公钥通过数字证书传递给客户端，确保客户端可以安全地使用该公钥加密会话密钥。
建立信任链 ：
- 证书由受信任的 CA 签发，客户端通过检查证书链确保信任。
防止中间人攻击 ：
- 数字证书防止中间人篡改或伪造证书，从而保护数据传输安全。

CA 证书的结构：

公钥：用于加密的公钥。
证书所有者信息：如服务器的域名和组织信息。
证书颁发机构（CA）信息：CA 的名称和签名。
有效期：证书的有效时间段。

3. HTTPS 加密技术使用的加密算法

HTTPS 加密过程涉及多种加密算法，以下是主要的算法类型：

1. 非对称加密算法

RSA：最常用的公钥加密算法，主要用于加密会话密钥和数字签名。
ECC（椭圆曲线加密）：高效的公钥加密算法，比 RSA 更适合于现代的加密需求。
DH（Diffie-Hellman）：用于安全地交换密钥，防止中间人窃听。

2. 对称加密算法

AES：目前最广泛使用的对称加密算法，提供 128 位、192 位、256 位密钥长度。
3DES：三重 DES 加密，逐渐被 AES 取代。
ChaCha20：高效的加密算法，适合低资源设备（如手机）。

3. 哈希算法与消息认证码（MAC）

SHA-256：常用的哈希算法，确保数据的完整性。
HMAC（基于哈希的消息认证码）：结合哈希和密钥用于验证数据完整性，防止数据篡改。

4. HTTPS 握手过程

HTTPS 握手是建立加密连接的过程，具体步骤如下：

客户端请求连接：客户端向服务器发起 HTTPS 请求。
服务器发送证书：服务器返回带有公钥的数字证书。
客户端验证证书：客户端验证证书的有效性、签名等信息。
客户端生成会话密钥：客户端生成随机会话密钥，并用服务器的公钥加密发送给服务器。
服务器解密会话密钥：服务器使用自己的私钥解密会话密钥。
加密通信：双方使用会话密钥进行后续数据加密和解密。

5. HTTPS 的优势

数据加密：保护通信内容的机密性，防止数据被窃取。
身份认证：证书确保服务器身份的合法性，防止伪造。
数据完整性：通过哈希和消息认证码（MAC）确保数据未被篡改。
防止中间人攻击：通过公钥加密和证书验证，避免数据被窃听或篡改。
搜索引擎排名：Google 等搜索引擎对 HTTPS 网站给予更高排名。
增强用户信任：HTTPS 提供的浏览器安全标志增强用户的信任。

6. HTTPS 的应用场景

金融支付：保障用户的银行账户信息和支付信息。
电子商务：保护用户的信用卡信息和购物数据。
社交网络：确保用户的私密聊天记录和个人信息的安全。
登录认证：防止用户的用户名和密码被窃取。

总结

HTTPS 利用 SSL/TLS 协议结合 非对称加密 、对称加密 和 哈希算法 来确保数据的机密性、完整性和身份认证。数字证书（CA 证书）是 HTTPS 加密通信的重要组成部分，保证了服务器的身份认证，并通过信任链保障通信的安全性。最终，HTTPS 提供了一种安全的数据传输方式，保护用户敏感信息，防止中间人攻击和数据泄露。