HTTPS实现原理

1 为什么需要HTTPS？

HTTP 在进行数据传输时采用明文传输，数据包中的用户信息等隐私数据可以被第三方通过抓包等方式窃取，是不安全的。

如果客户端使用 MD5 加密算法对数据进行加密，由于加密后的结果是不可逆的，服务器无法进行解析，只能使用加密后的字符串进行校验用户身份，而第三方也可以获取数据包中的加密字符串，从而骗取服务器的信任，所以也无法通过 MD5 加密算法解决 HTTP 传输不安全的问题。

为了解决 HTTP 明文传输不安全的问题，比 HTTP 安全的 HTTPS 应运而生。

2 HTTPS是什么？

HTTPS = HTTP + SSL/TLS。HTTPS 使用 HTTP 进行通信，并使用 SSL/TLS 在进行数据传输时对数据包进行加密，确保数据进行安全传输。

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SSL (Secure Sockets Layer) 是由 Netscape 公司设计的用于 Web 的安全通信协议，开发至 3.0 版本后交由 IETF 进行标准化，IETF 在 SSL 3.0 基础上开发出了 TLS 1.0 (Transport Layer Security)，并写入了 RFC。

3 对称加密与非对称加密

3.1 对称加密

对称加密，顾名思义，通信双方采用相同的密钥对数据进行加解密，常见的对称加密算法有 AES、DES、3DES等。

通信过程：在接收到客户端的请求后，服务器生成一把密钥，并通过网络发送给客户端，客户端拿到密钥后对数据进行加密，将加密后的数据发送给服务器，服务器再使用密钥对数据进行解密。

优点：加解密计算量小，速度快。

缺点：由于只有一个密钥供通信双方使用，所以密钥需要在一方生成后传输给另一方，在传输过程中存在被截获的风险。

3.2 非对称加密

非对称加密，顾名思义，加密和解密使用不同的密钥：公钥 (Public Key) 和私钥 (Private Key)。公钥和私钥是一对密钥，使用公钥加密的数据只能通过对应的私钥解密，使用私钥加密的数据也只能通过对应的公钥解密。常见的非对称加密算法有 RSA 等。

通信过程：在接收到客户端的请求后，服务器生成一对密钥，并将其中一把作为公钥通过网络发送给客户端，客户端拿到公钥后对数据进行加密，将加密后的数据发送给服务器，服务器使用私钥对数据进行解密。

优点：加密和解密使用不同的密钥，私钥不用进行网络传输，安全性高。

缺点：加解密计算量大，速度慢，资源占用大。

4 HTTPS原理

HTTPS 采用混合加密方式进行数据传输。考虑到对称加密的密钥可能被截获以及非对称加密计算量大，速度慢的缺点，先采用非对称加密传输密钥，然后采用对称加密对数据包进行加解密。

在接收到客户端的请求后，服务器生成一对公钥和私钥，并把公钥发送给客户端，客户端拿到公钥后，生成用于对称加密的密钥 KEY，然后用公钥对 KEY 进行加密并发送给服务器，服务器接收到后使用私钥进行解密获得 KEY，然后客户端和服务器就可以使用这个相同的 KEY 对数据包进行加解密，如下图所示。

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但是，按照上述过程就能保证安全了吗？

答案是否定的。貌似我们对服务器发出的公钥有很强的信任。试想一下，客户端和服务器之间有个中间人，其也可以获取服务器发出的公钥，如果他拦截了服务器要发送给客户端的公钥，并伪造了一把公钥然后再发送给客户端，在客户端使用伪造的公钥加密 KEY 并发出后进行拦截，那么他就可以窃取到客户端生成的 KEY，从而可以获取到客户端与服务器之间通信的数据包中的用户信息，导致严重的后果。

那么，如何确保客户端收到的公钥是可信的呢？这就需要能够证明服务器身份的数字证书了。

采用 HTTPS 通信的服务器需要向第三方数字证书认证机构 (CA) 申请数字证书（需要付费，安全等级越高价格越贵），机构在进行审核后会颁发电子证书，同时产生一对公钥和私钥，私钥由服务器自己保存，公钥则附加在证书信息中，与证书一起公开。证书本身也带有一个电子签名，该签名用于校验证书的完整性和真实性，可以防止证书被篡改。

所以，在进行数据传输前会增加证书验证的过程。服务器接收到客户端的请求后，将数字证书发送给客户端，里面包含了公钥。客户端接收到证书后会对证书进行校验，校验不通过则会向用户提示警告信息。校验通过后则取出公钥并对 KEY 进行加密，然后发送给服务器，服务器接收到加密后的 KEY 以后使用私钥进行解密，然后客户端和服务器采用对称加密的方式进行数据传输，如下图所示。

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