【网络】HTTPS协议原理

文章目录

1. HTTPS 是什么
2. 常见的加密方式
3. 数据摘要
4. 加密方案测试
- 4.1 只是用对称加密
- 4.2 只使用非对称加密
- 4.3 双方都使用非对称加密
- 4.4 对称 + 非对称
5. 证书
- 5.1 数据签名
- 5.2 CA 证书
- 5.3 方案五非对称加密 + 对称加密 + 证书认证

1. HTTPS 是什么

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窃取、篡改的情况。

因为 http 的内容是明文传输的，明文数据会经过路由器、 wifi 热点、通信服务运营商、代理服务器等多个物理节点，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全暴露了。
劫持者还可以篡改传输的信息且不被双方察觉，这就是中间人攻击，所以我们才需要对信息进行加密。

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

在这里插入图片描述
加密就是把明文(要传输的信息)进行一系列变换，生成密文
解密就是把密文再进行一系列变换，还原成明文
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。

2. 常见的加密方式

对称加密

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。

特征：用什么加密就用什么解密（一个密钥）
特点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
例如：异或运算就是一种简单的对称加密方式

非对称加密

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（公钥）和私有密钥（私钥）

特征：通过公钥对明文加密，则需要使用私钥解密（公钥加密，私钥解密）；通过私钥对明文加密，则需要使用公钥解密（私钥加密，公钥解密）
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

3. 数据摘要

数据摘要(数据指纹)，其基本原理是利用单向散列函数(Hash 函数)对信息进行运算，生成一串固定⻓度的数字摘要。

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，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）

4. 加密方案测试

4.1 只是用对称加密

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只使用对称加密，首次的时候，双方无法同步密钥！不可靠

4.2 只使用非对称加密

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由于公钥是公开的，因此别人可对服务器加密的信息进行解密，然后窃取数据，因此不可靠。

4.3 双方都使用非对称加密

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这种方式貌似是安全的，但其实它和方案二从左向右是一样的，都是不安全的。
其次，都使用非对称加密，速度太慢了。

4.4 对称 + 非对称

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此时，如果中间人在双方交换完对称密钥后，就无法窃取信息了。

如果中间人在双方握手前就来了，那会有什么结果呢？
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对于方案2、3都存在该问题

所以，根本原因在于：客户端无法识别“服务器”发的公钥是不是“真的”

那如何让客户端识别呢？

5. 证书

5.1 数据签名

即：对数据摘要进行加密。

那谁来加密？签名者使用私钥加密（它是非对称加密，也有公钥、私钥）

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此时，如果有人劫持了签名

它能使用签名者的公钥将签名解密查看，也能查看明文的数据
它无法对签名替换，因为如果替换了，它没有签名者的私钥，即使使用别的私钥加密了，验证时用签名者的公钥解不开，直接丢弃
它无法对明文传送的数据进行更改，因为更改以后，对数据做摘要形成的散列值就与原散列值不同了，验证时如果不同，直接丢弃。

所以，如果将服务端的公钥放到签名中，客户端就能知道，该公钥一定是真的，所以签名者至关重要！

那签名者是谁呢？ - -CA机构

CA机构（Certificate Authority，证书颁发机构）是负责发放和管理数字证书的权威第三方机构，在公钥基础设施（PKI）中扮演核心角色

5.2 CA 证书

证书：含有证书申请者信息、申请者公钥信息等。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

服务端在使用 HTTPS 前需要向 CA 机构申领一份数字证书

在这里插入图片描述

当服务端申请 CA 证书的时候，CA 机构会对该服务端进行审核，并专门为该网站形成数字签名，过程如下：

CA 机构拥有非对称加密的私钥和公钥
CA 机构对服务端申请的证书明文数据进行 hash，形成数据摘要
然后对数据摘要用 CA 机构的私钥加密，得到数字签名 S，服务端申请的证书明文和数字签名 S 共同组成了数字证书，这样一份数字证书就可以颁发给服务端了

5.3 方案五非对称加密 + 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

所有客户端都会内置CA机构的公钥

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客户端进行认证
当客户端获取到这个证书之后，会对证书进行校验(防止证书是伪造的).

判定证书的有效期是否过期
判定证书的发布机构是否受信任(操作系统中已内置的受信任的证书发布机构)
验证证书是否被篡改：从系统中拿到该证书发布机构的公钥，对签名解密，得到数据摘要，设为 hash1。然后计算整个证书的 hash 值，设为 hash2。对比 hash1 和 hash2 是否相等，如果相等，则说明证书是没有被篡改过的。

中间人能不能整个掉包证书？

中间人没有 CA 私钥，所以无法制作假的证书，
所以中间人只能向 CA 申请真证书，然后用自己申请的证书进行掉包；这个确实能做到证书的整体掉包，但是别忘记，证书明文中包含了域名等服务端认证信息，如果整体掉包，客户端依旧能够识别出来。
永远记住： 中间人没有 CA 私钥，所以对任何证书都无法进行合法修改，包括中间人自己申请的

总结：
HTTPS 工作过程中涉及到的密钥有三组（双非一对）：