HTTPS如何保障安全？详解证书体系与加密通信流程

HTTP协议本身是明文传输的，安全性较低，因此现代互联网普遍采用 HTTPS（HTTP over TLS/SSL） 来实现加密通信。HTTPS的核心是 TLS/SSL证书体系 和 加密通信流程。

一、HTTPS 证书体系

HTTPS依赖 公钥基础设施（PKI, Public Key Infrastructure） 和 数字证书 来验证服务器身份并建立安全连接。

1. 数字证书的作用

身份认证 ：证明服务器是合法的（如 example.com 的拥有者）。
密钥交换：用于协商加密通信的密钥。
数据完整性：防止数据被篡改。

2. 证书的组成

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| 字段 | 说明 |
| 域名（CN/SAN） | 证书绑定的域名（如 example.com），支持多域名（SAN扩展）。 |
| 公钥 | 服务器的公钥，用于加密数据或验证签名。 |
| 颁发者（CA） | 签发证书的证书颁发机构（如 Let's Encrypt、DigiCert）。 |
| 有效期 | 证书的生效和过期时间（通常1年~2年）。 |
| 签名算法 | 用于验证证书的算法（如 SHA-256 + RSA）。 |
| 数字签名 | CA对证书的哈希值用私钥加密后的结果，用于验证证书真实性。 |

3. 证书类型

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| 类型 | 特点 |
| DV（域名验证） | 仅验证域名所有权，适合个人网站（如 Let's Encrypt）。 |
| OV（组织验证） | 验证企业身份，适合企业网站（如银行、政府机构）。 |
| EV（扩展验证） | 严格验证企业身份，浏览器地址栏显示公司名称（已逐渐被弃用）。 |

4. 证书链（Chain of Trust）

HTTPS证书采用层级信任模型：

根证书（Root CA）

由受信任的根证书颁发机构（如 DigiCert、GlobalSign）管理。
预装在操作系统/浏览器中（如 Windows Trusted Root Store）。

中间证书（Intermediate CA）

由根CA签发，用于实际颁发终端证书（避免根CA私钥直接暴露）。

终端证书（End-Entity Certificate）

最终提供给网站的证书（如 example.com）。

验证流程 ：

浏览器检查证书签名链是否可追溯到受信任的根CA。

二、HTTPS 加密通信流程（TLS握手）

HTTPS 的加密通信分为两大阶段：握手阶段 和数据传输阶段

1. 客户端发起请求（ClientHello）

浏览器访问 https://example.com，发送：
- 支持的TLS版本（如 TLS 1.3）。
- 支持的加密套件（如 AES256-GCM-SHA384）。
- 随机数（Client Random）。

2. 服务器响应（ServerHello）

服务器返回：
- 选择的TLS版本和加密套件。
- 随机数（Server Random）。
- 数字证书（包含公钥）。
- （可选）要求客户端证书（双向认证，罕见）。

3. 客户端验证证书

浏览器检查：

证书是否由受信任的CA签发。
证书是否在有效期内。
证书绑定的域名是否匹配当前访问的域名。
证书是否被吊销（通过OCSP或CRL）。

4. 密钥交换（Key Exchange）

TLS 1.2及之前 ：
客户端生成 Pre-Master Secret，用服务器公钥加密后发送。
TLS 1.3（简化） ：
直接通过 DH（Diffie-Hellman） 算法协商密钥，无需加密传输。

5. 生成会话密钥

客户端和服务器使用：
- Client Random + Server Random + Pre-Master Secret
  - → 生成 Master Secret
  - → 派生 会话密钥（Session Key）（用于对称加密通信）。

6. 加密通信开始

客户端发送数据：用会话密钥加密→服务器用会话密钥解密。
服务器返回数据：用会话密钥加密→客户端用会话密钥解密。