HTTPS

为什么需要HTTPS？

  • 在HTTP/3.0之前HTTP的传输仍然是明文（不管是文本还是二进制）的传输方式
  • 而且HTTP并没有对通信双方的身份进行验证，因此有可能遭遇伪装
  • 也没有对传输内容的完整性做出保证，可能传输接收方得到的数据是篡改后的

以上三点就完美得突出了不安全的特点

HTTPS的出现，也是为了解决HTTP不安全特点的一个解决方案

什么是HTTPS

超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，简称：HTTPS）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，利用SSL/TLS来加密数据包。HTTPS的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。

简单来说，HTTPS = HTTP + SSL/TLS，HTTPS就是HTTP的加强安全版！

HTTP协议采用明文传输信息，存在信息窃听、信息篡改和信息劫持的风险，而协议TLS/SSL具有身份验证、信息加密和完整性校验的功能，可以避免此类问题发生。

安全层的主要职责就是对发起的HTTP请求的数据进行加密操作 和 对接收到的HTTP的内容进行解密操作。

TLS/SSL的工作原理

TLS/SSL全称安全传输层协议（Transport Layer Security）, 是介于TCP和HTTP之间的一层安全协议（不属于OSI七层模型中，介于应用层和传输层之间），不影响原有的TCP协议和HTTP协议，所以使用HTTPS基本上不需要对HTTP页面进行太多的改造。

TLS/SSL的功能实现主要依赖三类基本算法：散列函数hash、对称加密、非对称加密。这三类算法的作用如下：

  • 基于散列函数验证信息的完整性（完整性校验）
  • 对称加密算法采用协商的秘钥对数据加密（信息加密）
  • 非对称加密实现身份认证和秘钥协商（身份验证）

非对称加密

  • 方法：

    我们拥有两个秘钥，秘钥成对出现，一个是公钥，一个是私钥。公钥是公开的，私钥是保密的。用私钥加密的数据，只有对应的公钥才能解密，用公钥加密的数据，只有对应的私钥才能解密，因此掌握公钥的不同客户端之间不能相互解密信息，只能和服务器进行加密通信，我们可以将公钥公布出去，任何想和我们通信的客户端， 都可以使用我们提供的公钥对数据进行加密，这样我们就可以使用私钥进行解密，这样就能保证数据的安全了。服务器可以实现一对多的的通信，客户端也可以用来验证掌握私钥的服务器的身份。

  • 缺点：

    加密的过程很慢，因此如果每次通信都使用非对称加密的方式的话，反而会造成等待时间过长的问题。

  • 常见的非对称加密算法：

    RSA、ECC、DH等。。

  • 特点：

    非对称加密的特点就是信息一对多，服务器只需要维持一个私钥就可以和多个客户端进行通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密的速度慢。

对称加密

  • 方法：

    双方使用同一个秘钥对数据进行加密和解密。

  • 缺点：

    无法保证秘钥传输的安全性，因为秘钥还是会通过网络传输的，一旦秘钥被其他人获取到，那么整个加密过程就毫无作用了。

  • 常见的对称加密算法：

    AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等。

  • 特点：

    对称加密的优势就是信息传输使用一对一，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和N个客户端通信，需要维持N个密码记录且不能修改密码。

散列算法

常见的散列函数有MD5、SHA1、SHA256。该函数的特点是单向不可逆，对输入数据非常敏感，输出的长度固定，任何数据的修改都会改变散列函数的结果，可以用于防止信息篡改并验证数据的完整性。

特点：在信息传输过程中，散列函数不能三都实现信息防篡改，由于传输是明文传输，中间人可以修改信息后重新计算信息的摘要，所以需要对传输的信息和信息摘要进行加密。

什么是数字证书

上面的安全层的工作原理也并不是绝对的安全，像非对称加密中，无法确保公钥的绝对安全，如果公钥被中间人拦截，并重新生成一套秘钥，然后将他自己的公钥发送给我们，当我们使用他的公钥加密后发送的信息，就可以被他用自己的私钥解密。然后他伪装成我们以同样的方法向对方发送信息，这样我们的信息就被窃取了，然而自己还不知道。数字证书就是为了解决这个问题的

步骤

  1. 服务端非对称加密，生成一对秘钥

  2. 将公钥在CA进行登录，需要向认证中心申请发行证书，证明这个公钥确实由自己生成。

  3. 服务端公钥和包含邮箱信息的个人资料发送给认证中心CA

  4. CA对收到的资料进行确认，确认资料的真实性

  5. 确认完毕后，CA使用自己的私钥，根据服务端的资料（邮箱信息的个人资料）生成数字签名。

    数字签名就是一段信息或者一个文件通过某个哈希算法(也叫摘要算法)而得到的一串字符再进行加密后的信息。

  6. CA将生成的数字签名和资料放进同一个文件中（这个文件就是数字证书）

  7. 当客户端期望发起HTTPS请求时，服务器将公钥证书返回

  8. 客户端获取服务器返回的公钥证书，确认数字证书里的地址确实是需要请求的地址

  9. 客户端获取CA公开的公钥对公钥证书里的签名进行解密验证，如果验证结果没有异常，就能说明这份证书的确由认证中心发行。

  10. 客户端确认了证书是由CA发行的，且证书中的地址就是期望请求的服务端地址后，客户端从证书中取出服务端的公钥。

这样，公钥便从服务端安全得传到了客户端。

HTTPS的通信前置工作

由于传输层并没有改变，所以仍然是TCP的三次握手，由于添加了安全层的TLS，所以还需要TLS的四次握手过程

HTTPS 首次通信需要 7 次握手！！！！！！！

TLS的握手过程

  1. 客户端向服务端发起请求
    • TLS的版本
    • 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成”会话密钥” （1）
    • 客户端支持的加密方法
  2. 服务端回应
    • 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
    • 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成”会话密钥”（2）
    • 确认使用的加密方法，比如RSA非对称加密
    • 服务器证书
  3. 客户端回应
    • 客户端收到服务器回应以后，开始走证书链逐级验证，确认证书的真实性，如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。
    • 如果证书真实有效，从证书中拿出服务器公钥，
    • 一个用服务器公钥加密随机数，防止被窃听（3）
    • 把之前所有发送的数据做个摘要（hash值），再加密一下，供服务器校验
    • 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送（Change Cipher Spec） 客户端握手结束通知（Finished），表示客户端的握手阶段已经结束。
  • 服务器的最后回应
    • 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送（Change Cipher Spec）
    • 服务端握手结束通知（Finished），表示服务端的握手阶段已经结束。这一项是把之前所有发送的数据做个摘要（hash值），再加密一下，供客户端校验

客户端和服务器端根据约定的加密方法使用前面的三个随机数，生成对话秘钥，以后的对话过程都使用这个秘钥来加密信息。

TLS握手结束后，双方开始使用对称会话密钥进行加密通信。

HTTPS的优点

安全

HTTPS的缺点

  • 加密解密损耗大量资源
  • 握手阶段费时，增加了页面的加载速度
  • 证书需要收费，并且证书绑定IP