应用层HTTPS协议

一、HTTPS的概念

HTTPS也是一个应用层协议。是在HTTP协议的基础上引入了一个加密层。HTTP协议内容都是按照文本的方式明文传输的。这就导致在传输过程中出现一些被篡改的情况。

二、HTTP和HTTPS的对比

三、加密解密和密钥的概念

3.1概念

(1)加密就是把明文(要传输的信息)进行一系列变换,生成密文。

(2)解密就是把密文再进行一系列变换,还原成明文。

(3)在这个加密和解密的过程中,往往需要一个或者多个中间的数据,辅助进行这个过程,这样的数据称为密钥。

3.2常见的加密方式

(1)对称加密

采用单钥密码系统的加密方法,同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密,这种加密方法称为对称加密,也称为单密钥加密,特征:加密和解密所用的密钥是相同的。

常见对称加密算法(了解):DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等。

特点:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

对称加密其实就是通过同一个"密钥",把明文加密成密文,并且也能把密文解密成明文。

(2)非对称加密

需要两个密钥来进行加密和解密,这两个密钥是公开密钥(publickey,简称公钥)和私有密钥(privatekey,简称私钥)。

常见非对称加密算法:RSA,DSA,ECDSA

特点:算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂,而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。

非对称加密要用到两个密钥,一个叫做"公钥",一个叫做"私钥"。

公钥和私钥是配对的。最大的缺点就是运算速度非常慢,比对称加密要慢很多。

通过公钥对明文加密,变成密文

通过私钥对密文解密,变成明文

也可以反着用

通过私钥对明文加密,变成密文

通过公钥对密文解密,变成明文

四、数据摘要和数据指纹

数字指纹(数据摘要),其基本原理是利用单向散列函数(Hash函数)对信息进行运算,生成一串固定长度的数字摘要。数字指纹并不是一种加密机制,但可以用来判断数据有没有被篡改。

摘要常见算法:有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等,算法把无限的映射成有限,因此可能会有碰撞(两个不同的信息,算出的摘要相同,但是概率非常低)

摘要特征:和加密算法的区别是,摘要严格意义不是加密,因为没有解密,只不过从摘要很难反推

原信息,通常用来进行数据对比

五、HTTPS工作过程探究

方案1------只使用对称加密

如果通信双方都各自持有同一个密钥X,且没有别人知道,这两方的通信安全当然是可以被保证的(除非密钥被破解)

引入对称加密之后,即使数据被截获,由于黑客不知道密钥是啥,因此就无法进行解密,也就不知道请求的真实内容是啥了。但是,服务器同一时刻其实是给很多客户端提供服务的。这么多客户端,每个人用的秘钥都必须是不同的(如果是相同那密钥就太容易扩散了,黑客就也能拿到了)。因此服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关联关系

但是如果直接把密钥明文传输,那么黑客也就能获得密钥了,此时后续的加密操作就形同虚设了,因此密钥的传输也必须加密传输,但是要想对密钥进行对称加密,就仍然需要先协商确定一个"密钥的密钥"。这便进入了一个死循环了,此时密钥的传输再用对称加密就行不通了。

总结:方案一的对称密钥是不可行的!!!

方案2------只使用非对称加密

鉴于非对称加密的机制,如果服务器先把公钥以明文方式传输给浏览器,之后浏览器向服务器传数据前都先用这个公钥加密好再传,从客户端到服务器信道似乎是安全的(有安全问题),因为只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据。如果服务器用它的私钥加密数据传给浏览器,那么浏览器用公钥可以解密它,而这个公钥是一开始通过明文传输给浏览器的,若这个公钥被中间人劫持到了,那他也能用该公钥解密服务器传来的信息了。

方案3---------双方都是有非对称加密

1.服务端拥有公钥S与对应的私钥S',客户端拥有公钥C与对应的私钥C'。

2.客户和服务端交换公钥

3.客户端给服务端发信息:先用S对数据加密,再发送,只能由服务器解密,因为只有服务器有私钥S'。

4.服务端给客户端发信息:先用C对数据加密,在发送,只能由客户端解密,因为只有客户端有私钥C,但是,这样做的话效率太低且依旧有安全问题

方案4---非对称加密+对称加密

1、服务端具有非对称公钥S和私钥S'。

2、客户端发起https请求,获取服务端公钥S。

3、客户端在本地生成对称密钥C,通过公钥S加密,发送给服务器。

4、由于中间的网络设备没有私钥,即使截获了数据,也无法还原出内部的原文,也就无法获取到对称密钥

5、服务器通过私钥S'解密,还原出客户端发送的对称密钥C,并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据。

6、后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可。由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道,其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义。

虽然上面已经比较接近答案了,但是依旧有安全问题

方案2,方案3,方案4都存在一个问题,如果最开始,就有中间人已经开始攻击了呢?

中间人攻击------针对上面的场景

Man-in-the-MiddleAttack,简称"MITM攻击'

1.服务器具有非对称加密算法的公钥S,私钥S'

2.中间人具有非对称加密算法的公钥M,私钥M'

3.客户端向服务器发起请求,服务器明文传送公钥S给客户端

4.中间人劫持数据报文,提取公钥S并保存好,然后将被劫持报文中的公钥S替换成为自己的公钥M,并将伪造报文发给客户端

5.客户端收到报文,提取公钥M(自己当然不知道公钥被更换过了),自己形成对称秘钥X,用公钥M加密X,形成报文发送给服务器

6.中间人劫持后,直接用自己的私钥M'进行解密,得到通信秘钥X,再用曾经保存的服务端公钥S加密后,将报文推送给服务器

7.服务器拿到报文,用自己的私钥S'解密,得到通信秘钥X

8.双方开始采用X进行对称加密,进行通信。但是一切都在中间人的掌握中,劫持数据,进行窃听甚至修改,都是可以的

总结:上述中间人攻击也就是因为客户端无法验证公钥是否为服务器给我发送的从而产生的。

申请证书

六、CA认证

6.1证书的颁发

服务端在使用HTTPS前,需要向CA机构申领一份数字证书,数字证书里含有证书申请者信息、公钥信息等。服务器把证书传输给浏览器,浏览器从证书里获取公钥就行了,证书就如身份证,证明服务端公钥的权威性。

6.2证书内容

这个证书可以理解成是一个结构化的字符串,里面包含了以下信息:

证书发布机构

证书有效期

公钥

证书所有者

签名

......

需要注意的是:申请证书的时候,需要在特定平台生成查,会同时生成一对儿密钥对儿,即公钥和私钥。

这对密钥对儿就是用来在网络通信中进行明文加密以及数字签名的。其中公钥会随着CSR文件,一起发给CA进行权威认证,私钥服务端自已保留,用来后续进行通信(其实主要就是用来交换对称秘钥)

七、数据签名

签名的形成是基于非对称加密算法的

方案5---非对称加密+对称加密+证书认证

在客户端和服务器刚一建立连接的时候,服务器给客户端返回一个证书,证书包含了之前服务端的公钥,也包含了网站的身份信息

八、完整的请求流程

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