【后端面试总结】HTTPS工作原理详解

引言

在现代网络通信中，数据的安全性至关重要。HTTP（Hypertext Transfer Protocol）作为互联网上传输数据的协议，虽然应用广泛，但其数据以明文形式传输，存在被窃取和篡改的风险。为此，HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）应运而生，它通过加密传输和身份验证技术，为网络通信提供了更高的安全性。本文将详细介绍HTTPS的工作原理。

HTTPS概述

HTTPS是HTTP的安全版本，通过在HTTP协议的基础上增加了SSL/TLS（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security）协议层，实现了数据的加密传输和服务器身份验证。当用户访问一个HTTPS网站时，浏览器首先与服务器建立TCP连接，然后通过SSL/TLS协议进行加密通信，确保数据的机密性、完整性和真实性。

HTTPS工作原理

HTTPS的工作过程可以分为两个阶段：握手阶段和数据传输阶段。

握手阶段

握手阶段的主要目的是建立安全连接，协商加密算法，并交换密钥。以下是握手阶段的具体步骤：

1. ClientHello：

   • 客户端（如浏览器）向服务器发送一个ClientHello消息，包含支持的SSL/TLS版本、加密套件列表（包括加密算法和散列算法）和一个随机数。

2. ServerHello：

   • 服务器收到ClientHello消息后，选择一个客户端也支持的加密套件和SSL/TLS版本，然后发送ServerHello消息给客户端，包括选择的加密套件、SSL/TLS版本和一个随机数。

3. Certificate：

   • 服务器发送自己的数字证书给客户端，证书中包含服务器的公钥、证书颁发机构的签名以及服务器的身份信息（如域名）。

4. ServerHelloDone：

   • 服务器发送ServerHelloDone消息给客户端，表示服务器握手阶段的消息已经发送完毕。

5. Client验证证书：

   • 客户端验证服务器的数字证书，包括检查证书是否由受信任的证书颁发机构签发、证书是否过期以及证书中的域名是否与访问的域名匹配。

6. ClientKeyExchange：

   • 客户端生成一个随机的预主密钥（Pre-Master Secret），然后使用服务器的公钥加密预主密钥，发送给服务器。

7. Server解密预主密钥：

   • 服务器使用自己的私钥解密预主密钥。至此，客户端和服务器已经协商完成了一个共享的密钥。

8. 生成会话密钥：

   • 客户端和服务器使用预主密钥、客户端和服务器在握手阶段产生的两个随机数，共同生成一个对称的会话密钥，用于后续的数据加密和解密。

9. ChangeCipherSpec：

   • 客户端和服务器各自发送ChangeCipherSpec消息，表示接下来的通信将使用新协商的加密方法。

10. Finished：

    • 客户端和服务器分别发送Finished消息，包含所有握手消息的摘要，使用会话密钥加密。这确保了握手过程中没有被篡改。

数据传输阶段

在握手阶段完成后，客户端和服务器进入数据传输阶段。在这个阶段，所有的HTTP请求和响应都会通过加密通道进行传输，确保数据的机密性和完整性。具体过程如下：

1. 数据加密：

   • 客户端和服务器使用握手阶段生成的会话密钥，对发送和接收的数据进行加密和解密。对称加密算法（如AES）因其加密和解密速度快，被用于实际的数据传输。

2. 数据完整性校验：

   • SSL/TLS协议提供了消息完整性校验机制，通过哈希算法（如SHA-256）生成消息摘要，确保数据在传输过程中没有被篡改。

3. 序列号机制：

   • 每个加密的数据包都会附带一个序列号，用于防止数据重放攻击。

HTTPS的安全性

HTTPS的安全性主要体现在以下几个方面：

1. 数据加密：

   • 通过SSL/TLS协议，HTTPS对数据进行加密，即使数据被拦截，攻击者也无法直接查看数据内容。

2. 身份验证：

   • 通过数字证书，HTTPS可以验证服务器的身份，防止用户访问到假冒的网站。

3. 数据完整性：

   • SSL/TLS协议提供了消息完整性校验机制，可以防止数据在传输过程中被篡改。

HTTPS的应用场景

HTTPS常用于需要保护敏感信息的场景，如网上银行、电子商务网站、电子邮件服务和社交媒体平台等。在这些场景中，用户需要输入个人信息和敏感数据，HTTPS能够确保这些数据在传输过程中的安全性。

结论

HTTPS通过握手阶段建立安全的通信连接，并使用加密算法保护数据的安全性和完整性。这种安全性是通过公钥加密和对称加密的组合使用来实现的。随着网络安全威胁的不断增加，HTTPS已成为互联网通信中不可或缺的一部分，为用户的隐私和数据安全提供了有力保障。

一句话总结

HTTPS就是先用非对称加密生成一个对称加密的秘钥，再用这个只有发送方和接收方知道的秘钥来做对称加密。不直接用对称加密的原因是因为不安全，不直接用非对称加密的原因是损耗高。