【计算机网络】SSL/TLS加密

1. HTTP 与 HTTPS 的关系

• HTTP：明文传输，数据可能被中间人窃听或篡改。
• HTTPS ：HTTP + TLS/SSL
  • TLS/SSL 负责加密传输、身份认证和数据完整性。
  • HTTPS 在 TCP 连接上建立 TLS/SSL 会话后，所有 HTTP 请求和响应都通过加密通道传输。

HTTP 和 HTTPS 是应用层协议，TCP 是传输层协议。HTTP 基于 TCP 连接，而 HTTPS 在 HTTP 与 TCP 之间加了 SSL/TLS 加密。

换句话说：

浏览器 ↔ TCP ↔ 服务器
  │
 TLS/SSL 加密层
  │
HTTP 请求/响应内容

SSL/TLS 加密结合了对称加密和非对称加密：

1. 通过握手交换服务器证书和公钥（非对称加密）。
2. 基于客户端和服务器的随机数生成对称会话密钥 X。
3. 用服务器公钥加密该会话密钥，安全传输。
4. 最终用会话密钥 X 对 HTTP 数据进行加密传输。

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2. TLS/SSL 四次握手流程

假设客户端为浏览器，服务器为网站：

第一次握手：客户端 Hello

• 客户端发送：

  • 支持的 TLS 版本
  • 支持的加密算法列表（Cipher Suites）
  • 一个随机数 ClientRandom（生成主密钥用）

• 目的：告知服务器能力，并提供随机数用于密钥生成。

  Client → Server: ClientHello(TLS版本, Cipher Suites, ClientRandom)

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第二次握手：服务器 Hello + 证书

• 服务器响应：

  • TLS 版本确认
  • 选定加密算法
  • 服务器随机数 ServerRandom
  • 服务器证书（含公钥）

• 浏览器验证证书合法性（CA 签名、域名匹配、有效期等）

• 目的：身份认证并提供随机数参与密钥生成。

  Server → Client: ServerHello(TLS版本, Cipher Suite, ServerRandom) + Certificate

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第三次握手：密钥交换

• 客户端生成 预主密钥（Pre-Master Key）

• 用服务器公钥加密后发送

• 双方使用公式生成主密钥：

  Master Key = f(Pre-Master Key, ClientRandom, ServerRandom)

• 主密钥再派生出：

  • 对称加密密钥 X（Session Key）：加密 HTTP 数据

  • 消息认证码（MAC）密钥：保证数据完整性

    Client → Server: EncryptedPreMasterKey
    Server → (内部解密): Pre-Master Key → Master Key → Session Key X

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第四次握手：确认加密通道

• 客户端与服务器互发"Finished"消息：

  • 用对称密钥 X 加密
  • 验证握手过程完整性

• 握手完成后，双方用会话密钥 X 加密 HTTP 数据传输。

  Client → Server: Finished (用X加密)
  Server → Client: Finished (用X加密)

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3. 会话建立后的通信（HTTPS 数据传输）

1. 会话密钥 X 用于加密 HTTP 请求和响应

2. 浏览器发送：

   Encrypt(X, GET /index.html HTTP/1.1)

3. 服务器解密处理请求，返回：

   Encrypt(X, HTTP/1.1 200 OK ...)

4. 所有 HTTP 数据均在 TLS/SSL 加密层传输，外部无法窃听或篡改。

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4. 总结流程图（文字版）

HTTP请求（明文） 
   │
TLS/SSL 加密通道建立（四次握手）：
   1️⃣ ClientHello (ClientRandom)
   2️⃣ ServerHello + Certificate (ServerRandom)
   3️⃣ EncryptedPreMasterKey → Master Key → Session Key X
   4️⃣ Finished (加密验证)
   │
HTTP请求/响应（加密） → 用 X 加密

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✅ 重点回顾

• HTTPS = HTTP + TLS/SSL
• TLS/SSL 四次握手：
  1. ClientHello
  2. ServerHello + 证书
  3. 交换预主密钥 → 生成主密钥 → 衍生会话密钥 X
  4. 双方确认 Finished
• 会话密钥 X 用于加密所有 HTTP 数据，保证机密性和完整性