应用层

再谈 “协议”

协议是一种 “约定”. socket api的接口, 在读写数据时, 都是按 “字符串” 的方式来发送接收的. 如果我们要传输一些"结构化的数据" 怎么办呢?

网络版计算器

例如, 我们需要实现一个服务器版的加法器. 我们需要客户端把要计算的两个加数发过去, 然后由服务器进行计算, 最后再把结果返回给客户端

约定方案：

• 定义结构体来表示我们需要交互的信息
• 发送数据时将这个结构体按照一个规则转换成字符串, 接收到数据的时候再按照相同的规则把字符串转化回结构体
• 这个过程叫做 “序列化” 和 “反序列化”

“protocol.hpp”

enum
{OK = 0,DIV_ZERO,MOD_ZERO,OP_ERROR
};std::string enLength(const std::string &text)
{std::string send_string = std::to_string(text.size());send_string += LINE_SEP;send_string += text;send_string += LINE_SEP;return send_string;
}bool deLength(const std::string &package, std::string *text)
{auto pos = package.find(LINE_SEP);if (pos == std::string::npos)return false;std::string text_len_string = package.substr(0, pos);int text_len = std::stoi(text_len_string);*text = package.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);return true;
}class Request
{
public:Request(): x(0), y(0), op(0){}Request(int _x, int _y, char _op): x(_x), y(_y), op(_op){}bool serialize(std::string *out){*out = "";std::string x_string = std::to_string(x);std::string y_string = std::to_string(y);*out = x_string;*out += SEP;*out += op;*out += SEP;*out += y_string;return true;}bool deserialize(const std::string &in){auto left = in.find(SEP);auto right = in.rfind(SEP);if (left == std::string::npos || right == std::string::npos)return false;if (left == right)return false;if (right - (left + SEP_LEN) != 1)return false;std::string x_string = in.substr(0, left);std::string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);if (x_string.empty())return false;if (y_string.empty())return false;x = std::stoi(x_string);y = std::stoi(y_string);op = in[left + SEP_LEN];return true;}public:int x;int y;char op;
};class Response
{
public:Response(): exitcode(0), result(0){}bool serialize(std::string *out){*out = "";std::string ec_string = std::to_string(exitcode);std::string res_string = std::to_string(result);*out = ec_string;*out += SEP;*out += res_string;return true;}bool deserialize(std::string &in){auto mid = in.find(SEP);if (mid == std::string::npos)return false;std::string ec_string = in.substr(0, mid);std::string res_string = in.substr(mid + SEP_LEN);if (ec_string.empty() || res_string.empty())return false;exitcode = std::stoi(ec_string);result = std::stoi(res_string);return true;}public:int exitcode; // 0：表示计算成功，！0表示计算失败int result;   // 计算结果
};bool RecvPackage(int sock, std::string &inbuffer, std::string *text)
{char buffer[1024];while (true){ssize_t n = recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);if(n>0){buffer[n]=0;inbuffer+=buffer;//分析处理auto pos=inbuffer.find(LINE_SEP);if(pos==std::string::npos)continue;std::string text_len_string=inbuffer.substr(0,pos);int text_len=std::stoi(text_len_string);int total_len=text_len_string.size()+2*LINE_SEP_LEN+text_len;std::cout<<"处理前#inbuffer:\n"<<inbuffer<<std::endl;if(inbuffer.size()<total_len){std::cout<<"你输入的消息,没有严格遵守协议,正在等待后续的内容,continue"<<std::endl;continue;}*text=inbuffer.substr(0,total_len);inbuffer.erase(0,total_len);std::cout<<"处理后#inbuffer:\n"<<inbuffer<<std::endl;break;}elsereturn false;}return true;
}

“CalServer.hpp”

namespace Server
{static const uint16_t gport = 8080;static const int gbacklog = 5;typedef std::function<bool(const Request &req, Response &resp)> func_t;// 保证解耦void HandlerEntery(int sock, func_t func){std::string inbuffer;while (true){// 1. 读取："content_len"\r\n"x op y"\r\n// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求std::string req_text, req_str;// 1.2 我们保证，我们req_text里面一定是一个完整的请求："content_len"\r\n"x op y"\r\nif (!RecvPackage(sock, inbuffer, &req_text))return;std::cout << "带报头的请求：\n"<< req_text << std::endl;if (!deLength(req_text, &req_str))return;std::cout << "去掉报头的正文：\n"<< req_str << std::endl;// 2. 对请求Request，反序列化// 2.1 得到一个结构化的请求对象Request req;if (!req.deserialize(req_str))return;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应Response resp;func(req, resp); // req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"std::string resp_str;resp.serialize(&resp_str);std::cout << "计算完成, 序列化响应: " << resp_str << std::endl;// 5. 然后我们在发送响应// 5.1 构建成为一个完整的报文std::string send_string = enLength(resp_str);std::cout << "构建完成完整的响应\n"<< send_string << std::endl;send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0); // 其实这里的发送也是有问题的，不过后面再说}}class CalServer{public:CalServer(const uint16_t &port = gport): _listensock(-1), _port(port){}void InitServer(){// 1.创建socket套接字对象_listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (_listensock < 0){LogMeassage(FATAL, "create socket error");exit(1);}LogMeassage(NORMAL, "create socket success:%d", _listensock);// 2.bind绑定对应的网络信息struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(_listensock, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){LogMeassage(FATAL, "bind socket error");exit(2);}LogMeassage(NORMAL, "bind socket success");// 3.设置socket为监听状态if (listen(_listensock, gbacklog) < 0){LogMeassage(FATAL, "listen socket error");exit(3);}LogMeassage(NORMAL, "listen socket success");}void start(func_t func){for (;;){// 4.server 获取新链接struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int sock = accept(_listensock, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (sock < 0){LogMeassage(ERROR, "accept error,continue");continue;}LogMeassage(NORMAL, "accept a new link success,get new sock:%d", sock);pid_t id = fork();if (id == 0){close(_listensock);HandlerEntery(sock, func);close(sock);exit(0);}close(sock);pid_t ret = waitpid(id, nullptr, 0);if (ret > 0){LogMeassage(NORMAL, "wait child success");}}}~CalServer(){}private:int _listensock;uint16_t _port;};
}

“CalClient.hpp”

class CalClient
{
public:CalClient(const std::string &serverip, const uint16_t &serverport): _sock(-1), _serverip(serverip), _serverport(serverport){}void initClient(){// 1. 创建socket_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (_sock < 0){std::cerr << "socket create error" << std::endl;exit(2);}// 2. tcp的客户端要不要bind？要的！ 要不要显示的bind？不要！这里尤其是client port要让OS自定随机指定！// 3. 要不要listen？不要！// 4. 要不要accept? 不要！// 5. 要什么呢？？要发起链接！}void start(){struct sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(_serverport);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());if (connect(_sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) != 0){std::cerr << "socket connect error" << std::endl;}else{std::string line;std::string inbuffer;while (true){std::cout << "mycal>>> ";std::getline(std::cin, line);  // 1+1Request req = ParseLine(line); // "1+1"std::string content;req.serialize(&content);std::string send_string = enLength(content);std::cout << "sendstring:\n" << send_string << std::endl;send(_sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0); // bug?? 不管std::string package, text;//  "content_len"\r\n"exitcode result"\r\nif (!RecvPackage(_sock, inbuffer, &package))continue;if (!deLength(package, &text))continue;// "exitcode result"Response resp;resp.deserialize(text);std::cout << "exitCode: " << resp.exitcode << std::endl;std::cout << "result: " << resp.result << std::endl;}}}Request ParseLine(const std::string &line){// 建议版本的状态机！//"1+1" "123*456" "12/0"int status = 0; // 0:操作符之前，1:碰到了操作符 2:操作符之后int i = 0;int cnt = line.size();std::string left, right;char op;while (i < cnt){switch (status){case 0:{if(!isdigit(line[i])){op = line[i];status = 1;}else left.push_back(line[i++]);}break;case 1:i++;status = 2;break;case 2:right.push_back(line[i++]);break;}}std::cout << std::stoi(left)<<" " << std::stoi(right) << " " << op << std::endl;return Request(std::stoi(left), std::stoi(right), op);}~CalClient(){if (_sock >= 0)close(_sock);}private:int _sock;std::string _serverip;uint16_t _serverport;
};

无论我们采用什么方案, 只要保证, 一端发送时构造的数据, 在另一端能够正确的进行解析, 就是ok的. 这种约定, 就是 应用层协议

HTTP协议

认识URL

平时我们俗称的 “网址” 其实就是说的 URL

通过HTTP协议通过此电脑，将远端的服务器这个路径下的资源拿到，放在此电脑中

urlencode和urldecode

像 / ? : 等这样的字符, 已经被url当做特殊意义理解了. 因此这些字符不能随意出现. 比如, 某个参数中需要带有这些特殊字符, 就必须先对特殊字符进行转义.

转义的规则如下:
将需要转码的字符转为16进制，然后从右到左，取4位(不足4位直接处理)，每2位做一位，前面加上%，编码成%XY格式

HTTP协议格式

HTTP请求

HTTP响应

细节
请求和响应如何保证应用层读取完毕？

1. 读取完整的一行
2. 循环语句(while)，请求行+请求报头全部读完直至空行
3. 报头中有一个属性，Content-Length:正文长度
4. 解析正文长度，读取正文即可

请求和响应如何做到序列化和反序列化？
http自己实现，第一行+请求/响应报头，连成一个字符串

上面只是理论，下面通过代码来验证

HttpServer.hpp

namespace Server
{static const uint16_t gport=8080;static const int gbacklog=5;using func_t =std::function<bool(const HttpRequest& req,HttpResponse& resp)>;class HttpServer{public:HttpServer(func_t func,const uint16_t& port=gport):_func(func),_listensock(-1),_port(port){}void InitServer(){//1.创建socket文件套接字对象_listensock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(_listensock<0){exit(1);}//2.bind绑定自己的网络信息struct sockaddr_in local;memset(&local,0,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;if(bind(_listensock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){exit(2);}//3.设置socket为监听状态if(listen(_listensock,gbacklog)<0){exit(3);}}void HandlerHttp(int sock){//1.读取完整的HTTP请求,read//2.反序列化//3.httprequest->httpresponse//4.resp序列化//5.sendchar buffer[1024];HttpRequest req;HttpResponse resp;size_t n=recv(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(n>0){buffer[n]=0;req.inbuffer=buffer;req.parse();_func(req,resp);send(sock,resp.outbuffer.c_str(),resp.outbuffer.size(),0);}}void start(){for(;;){//4.server获取新链接struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);int sock=accept(_listensock,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(sock<0){continue;}//多进程pid_t id=fork();if(id==0){close(_listensock);if(fork()>0) exit(0);HandlerHttp(sock);close(sock);exit(0);}close(sock);waitpid(id,nullptr,0);}}~HttpServer() {};private:int _listensock;uint16_t _port;func_t _func;};
}

protocol.hpp

const std::string sep="\r\n";
const std::string defualt_root="./wwwroot";
const std::string home_page="index.html";class HttpRequest
{
public:HttpRequest(){};~HttpRequest(){};void parse(){//1.从inbuffer中读取第一行std::string line=Util::getOneline(inbuffer,sep);if(line.empty()) return ;//2.从请求行中提取三个字段std::stringstream ss(line);ss>>method>>url>>httpversion;//3.添加web默认路径path=defualt_root;path+=url;if(path[path.size()-1]=='/')path+=home_page;}
public:std::string inbuffer;std::string method;std::string url;std::string httpversion;std::string path;
};class HttpResponse
{
public:std::string outbuffer;
};

/是web根目录，对应的服务器根据输入的网址，找到对应路径下的资源；http请求如果没有请求指定的资源，服务器会有默认首页， index.html是对应服务器的默认首页

对于上面的运行结果可能会有些疑问：客服端请求一次，服务端却接受两次请求？这合理吗？
其实，第一个请求的资源是网页，第二个请求的是网页上面的小图标（favicon .ico）；所以用户看到的网页结果，可能是多个资源组合而成的，想要获取一张完整的网页效果，浏览器会发起多次HTTP请求

HTTP的方法

HTTP请求方法：获取资源，上传资源

我们在进行数据提交时，本质是前端要通过form表单提交的，浏览器会自动将form表单中的内容转换成GET/POST方法请求

举个栗子

QQ登录时，用户填入数据进行提交；浏览器根据数据的内容转换请求方法（GET/POST）

接下来，代码验证两者区别

GET

GET通过url传递参数，具体：http://ip:port/XXX/YYY?name1=value1&name2=value2

不私秘

POST

POST通过HTTP请求的正文提交参数

在上面我们向服务器提交了指定的路径，其作用在于；服务器会根据指定的路径分配指定的资源

除了上面的GET/POST方法，其实还有其他的方法，比如重定向：永久重定向，临时重定向

这其实很好理解，比如当你进入某个页面突然就跳转到广告，这就是临时重定向

HTTP的状态码

1. 信息响应（100-199）
2. 成功响应（200-299）
3. 重定向消息（300-399）
4. 客户端错误响应（400-499）
5. 服务端错误响应（500-599）

HTTP常见Header

• Content-Type: 数据类型(text/html等）
• Content-Length: 正文的长度
• Host: 客户端告知服务器, 所请求的资源是在哪个主机的哪个端口上
• User-Agent: 声明用户的操作系统和浏览器版本信息
• referer: 当前页面是从哪个页面跳转过来的
• location: 搭配3xx状态码使用, 告诉客户端接下来要去哪里访问
• Cookie: 用于在客户端存储少量信息. 通常用于实现会话(session)的功能

在详细介绍Header之前，先介绍几个概念

长链接
我们知道，一张网页实际上是包含多种元素，所以需要进行多次HTTP请求；HTTP又是基于TCP实现的，TCP是面向链接的，便会频繁创建链接

为了解决这个问题，需要客户端和服务端都支持长链接，建立一条链接，获取所需的资源；Connection: keep-alive

HTTP周边会话保持
会话保持并不是HTTP天然具备的，在使用中发现需要，才加入的

HTTP协议是无状态的，但是用户需要；例如，当我们在B站中观看视频，一个视频结束进行跳转到另一个视频时，新的页面无法识别用户的身份，需要再次登录；所以为了用户一经登录，便可以在整个网站，按照自己的身份进行随意访问，HTTP便引入周边会话保持的概念

会话保持的实现

在会话保持中使用了Header中的cookie，这里开始详细介绍cookie

cookie

在浏览器中进行登陆时，服务器会将用户输入的信息保存并返回，用户的信息保存在浏览器中的cookie文件中，当再次进行登陆时，浏览器会自动推送保存的信息，不需要再次输入信息

后来，为了防止在客户端中病毒的情况下泄漏个人信息，客户端的浏览器中的cookie文件不在保存用户信息和密码，而是替换成由哈希函数生成的数据摘要

HTTPS协议

HTTPS 是什么

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.

什么是"加密"

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 .

为什么要加密

臭名昭著的 “运营商劫持”
下载某app时，点击 “下载按钮”, 就会给服务器发送了⼀个 HTTP 请求, 获取到的 HTTP 响应其实就包含了该APP 的下载链接. 运营商劫持之后, 就发现这个请求是要下载某app， 那么就⾃动的把交给⽤⼾的响应给篡改成 “QQ浏览器” 的下载地址了

不⽌运营商可以劫持, 其他的 ⿊客 也可以⽤类似的⼿段进⾏劫持, 来窃取⽤⼾隐私信息, 或者篡改内容
在互联⽹上, 明⽂传输是⽐较危险的事情!!!

HTTPS 就是在 HTTP 的基础上进⾏了加密, 进⼀步的来保证⽤⼾的信息安全

常⻅的加密⽅式

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
• 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.

例如⼀个简单的对称加密, 按位异或

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（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥）
• 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

当然也可以反着⽤

数据摘要 && 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,⽣成⼀串固定⻓度的数字摘要。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窜改
• 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

HTTPS 的⼯作过程探究

既然要保证数据安全, 就需要进⾏ “加密”.
⽹络传输中不再直接传输明⽂了, ⽽是加密之后的 “密⽂”.
加密的⽅式有很多, 但是整体可以分成两⼤类: 对称加密 和 ⾮对称加密

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

但是呢在客⼾端和服务器建⽴连接的时候, 双⽅协商确定这次的密钥
但是如果直接把密钥明⽂传输, 那么⿊客也就能获得密钥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”. 这就成了 “先有鸡还是先有蛋” 的问题了. 此时密钥的传输再⽤对称加密就⾏不通了.

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，从客⼾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，因此也行不通

⽅案 3 - 双⽅都使⽤⾮对称加密

1. 服务端拥有公钥S与对应的私钥S’，客⼾端拥有公钥C与对应的私钥C’
2. 客⼾和服务端交换公钥
3. 客⼾端给服务端发信息：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. 服务端给客⼾端发信息：先⽤C对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有私钥C’

这样貌似也⾏啊，但是存在两个问题：效率太低，依旧有安全问题

⽅案 4 - ⾮对称加密 + 对称加密

先解决效率问题

• 服务端具有⾮对称公钥S和私钥S’
• 客⼾端发起https请求，获取服务端公钥S
• 客⼾端在本地⽣成对称密钥C, 通过公钥S加密, 发送给服务器
• 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
• 服务器通过私钥S’解密, 还原出客⼾端发送的对称密钥C. 并且使⽤这个对称密钥加密给客⼾端返回的响应数据
• 后续客⼾端和服务器的通信都只⽤对称加密即可. 由于该密钥只有客⼾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

虽然很接近答案，但是依旧有安全问题，如果最开始，中间⼈就已经开始攻击了呢？

中间⼈攻击

确实，在⽅案2/3/4中，客⼾端获取到公钥S之后，对客⼾端形成的对称秘钥X⽤服务端给客⼾端的公钥S进⾏加密，中间⼈即使窃取到了数据，此时中间⼈确实⽆法解出客⼾端形成的密钥X，因为只有服务器有私钥S’

但是中间⼈的攻击，如果在最开始握⼿协商的时候就进⾏了，那就不⼀定了，假设hacker已经成功成为中间⼈

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. 客⼾端向服务器发起请求，服务器明⽂传送公钥S给客⼾端
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⼾端
5. 客⼾端收到报⽂，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

问题本质出在：客⼾端⽆法确定收到的含有公钥的数据报⽂，就是⽬标服务器发送过来的！

引⼊证书

CA认证

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

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
• …

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。

理解数据签名
签名的形成是基于⾮对称加密算法

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，并专⻔为该⽹站形成数字签名，过程如下：

1. CA机构拥有⾮对称加密的私钥A和公钥A’
2. 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
3. 然后对数据摘要⽤CA私钥A’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

因为我们使用CA私钥形成数据签名，所以，只有CA能形成可信任的证书

⽅案 5 - ⾮对称加密 + 对称加密 + 证书认证

在客⼾端和服务器刚⼀建⽴连接的时候, 服务器给客⼾端返回⼀个 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

客⼾端进⾏认证
当客⼾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, 得到⼀个 hash 值(称为数据摘要), 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

中间⼈有没有可能篡改该证书？

• 中间⼈篡改了证书的明⽂
• 由于他没有CA机构的私钥，所以⽆法hash之后⽤私钥加密形成签名，那么也就没法办法对篡改后的证书形成匹配的签名
• 如果强⾏篡改，客⼾端收到该证书后会发现明⽂和签名解密后的值不⼀致，则说明证书已被篡改，证书不可信，从⽽终⽌向服务器传输信息，防⽌信息泄露给中间人

中间⼈整个掉包证书？

• 因为中间⼈没有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，客⼾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，包括⾃⼰的

完整流程

左侧都是客⼾端做的事情, 右侧都是服务器做的事情

总结

HTTPS ⼯作过程中涉及到的密钥有三组

第⼀组(⾮对称加密): ⽤于校验证书是否被篡改. 服务器持有私钥(私钥在形成CSR⽂件与申请证书时获得), 客⼾端持有公钥(操作系统包含了可信任的 CA 认证机构有哪些, 同时持有对应的公钥). 服务器在客⼾端请求是，返回携带签名的证书. 客⼾端通过这个公钥进⾏证书验证, 保证证书的合法性，进⼀步保证证书中携带的服务端公钥权威性

第⼆组(⾮对称加密): ⽤于协商⽣成对称加密的密钥. 客⼾端⽤收到的CA证书中的公钥(是可被信任的)给随机⽣成的对称加密的密钥加密, 传输给服务器, 服务器通过私钥解密获取到对称加密密钥

第三组(对称加密): 客⼾端和服务器后续传输的数据都通过这个对称密钥加密解密

其实⼀切的关键都是围绕这个对称加密的密钥. 其他的机制都是辅助这个密钥⼯作的