Https原理及流程

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我们知道,HTTP请求都是明文传输的,所谓的明文指的是没有经过加密的信息,如果HTTP请求被黑客拦截,并且里面含有银行卡密码等敏感数据的话,会非常危险。为了解决这个问题,Netscape 公司制定了HTTPS协议,HTTPS可以将数据加密传输,也就是传输的是密文,即便黑客在传输过程中拦截到数据也无法破译,这就保证了网络通信的安全。

密码学基础

在正式讲解HTTPS协议之前,我们首先要知道一些密码学的知识。

明文: 明文指的是未被加密过的原始数据。

密文:明文被某种加密算法加密之后,会变成密文,从而确保原始数据的安全。密文也可以被解密,得到原始的明文。

密钥:密钥是一种参数,它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥,分别应用在对称加密和非对称加密上。

对称加密:对称加密又叫做私钥加密,即信息的发送方和接收方使用同一个密钥去加密和解密数据。对称加密的特点是算法公开、加密和解密速度快,适合于对大数据量进行加密,常见的对称加密算法有DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC5和IDEA。
其加密过程如下:明文 + 加密算法 + 私钥 => 密文
解密过程如下:密文 + 解密算法 + 私钥 => 明文
对称加密中用到的密钥叫做私钥,私钥表示个人私有的密钥,即该密钥不能被泄露。
其加密过程中的私钥与解密过程中用到的私钥是同一个密钥,这也是称加密之所以称之为“对称”的原因。由于对称加密的算法是公开的,所以一旦私钥被泄露,那么密文就很容易被破解,所以对称加密的缺点是密钥安全管理困难。

非对称加密:非对称加密也叫做公钥加密。非对称加密与对称加密相比,其安全性更好。对称加密的通信双方使用相同的密钥,如果一方的密钥遭泄露,那么整个通信就会被破解。而非对称加密使用一对密钥,即公钥和私钥,且二者成对出现。私钥被自己保存,不能对外泄露。公钥指的是公共的密钥,任何人都可以获得该密钥。用公钥或私钥中的任何一个进行加密,用另一个进行解密。
被公钥加密过的密文只能被私钥解密,过程如下:
明文 + 加密算法 + 公钥 => 密文, 密文 + 解密算法 + 私钥 => 明文
被私钥加密过的密文只能被公钥解密,过程如下:
明文 + 加密算法 + 私钥 => 密文, 密文 + 解密算法 + 公钥 => 明文
由于加密和解密使用了两个不同的密钥,这就是非对称加密“非对称”的原因。
非对称加密的缺点是加密和解密花费时间长、速度慢,只适合对少量数据进行加密。
在非对称加密中使用的主要算法有:RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法)等。

HTTPS通信过程

HTTPS协议 = HTTP协议 + SSL/TLS协议,在HTTPS数据传输的过程中,需要用SSL/TLS对数据进行加密和解密,需要用HTTP对加密后的数据进行传输,由此可以看出HTTPS是由HTTP和SSL/TLS一起合作完成的。

SSL的全称是Secure Sockets Layer,即安全套接层协议,是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。SSL协议在1994年被Netscape发明,后来各个浏览器均支持SSL,其最新的版本是3.0

TLS的全称是Transport Layer Security,即安全传输层协议,最新版本的TLS(Transport Layer Security,传输层安全协议)是IETF(Internet Engineering Task Force,Internet工程任务组)制定的一种新的协议,它建立在SSL 3.0协议规范之上,是SSL 3.0的后续版本。在TLS与SSL3.0之间存在着显著的差别,主要是它们所支持的加密算法不同,所以TLS与SSL3.0不能互操作。虽然TLS与SSL3.0在加密算法上不同,但是在我们理解HTTPS的过程中,我们可以把SSL和TLS看做是同一个协议。

HTTPS为了兼顾安全与效率,同时使用了对称加密和非对称加密。数据是被对称加密传输的,对称加密过程需要客户端的一个密钥,为了确保能把该密钥安全传输到服务器端,采用非对称加密对该密钥进行加密传输,总的来说,对数据进行对称加密,对称加密所要使用的密钥通过非对称加密传输。

以下图片来自于limboy的博客

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HTTPS在传输的过程中会涉及到三个密钥:

服务器端的公钥和私钥,用来进行非对称加密

客户端生成的随机密钥,用来进行对称加密

一个HTTPS请求实际上包含了两次HTTP传输,可以细分为8步。
1.客户端向服务器发起HTTPS请求,连接到服务器的443端口

2.服务器端有一个密钥对,即公钥和私钥,是用来进行非对称加密使用的,服务器端保存着私钥,不能将其泄露,公钥可以发送给任何人。

3.服务器将自己的公钥发送给客户端。

4.客户端收到服务器端的公钥之后,会对公钥进行检查,验证其合法性,如果发现发现公钥有问题,那么HTTPS传输就无法继续。严格的说,这里应该是验证服务器发送的数字证书的合法性,关于客户端如何验证数字证书的合法性,下文会进行说明。如果公钥合格,那么客户端会生成一个随机值,这个随机值就是用于进行对称加密的密钥,我们将该密钥称之为client key,即客户端密钥,这样在概念上和服务器端的密钥容易进行区分。然后用服务器的公钥对客户端密钥进行非对称加密,这样客户端密钥就变成密文了,至此,HTTPS中的第一次HTTP请求结束。

5.客户端会发起HTTPS中的第二个HTTP请求,将加密之后的客户端密钥发送给服务器。

6.服务器接收到客户端发来的密文之后,会用自己的私钥对其进行非对称解密,解密之后的明文就是客户端密钥,然后用客户端密钥对数据进行对称加密,这样数据就变成了密文。

7.然后服务器将加密后的密文发送给客户端。

8.客户端收到服务器发送来的密文,用客户端密钥对其进行对称解密,得到服务器发送的数据。这样HTTPS中的第二个HTTP请求结束,整个HTTPS传输完成。

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