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HTTP协议（二）：HTTPS

发表日期：2018-09 文章编辑：小灯 浏览次数：2254

HTTPS 协议（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：可以理解为HTTP+SSL/TLS， 即 HTTP下加入 SSL 层，HTTPS的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 数据传输。

HTTPS和HTTP的区别

  • HTTPS协议需要到CA申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
  • HTTP是超文本传输协议，信息是明文传输，HTTPS则是具有安全性的SSL加密传输协议。
  • HTTP和HTTPS使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
  • HTTP的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比HTTP协议安全。

HTTP的不足

  • 窃听风险：黑客可以获知通信内容。
  • 篡改风险：黑客可以修改通信内容。
  • 冒充风险：黑客可以冒充他人身份参与通信。

SSL

SSL（Secure Socket Layer，安全套接字层）：1994年为 Netscape 所研发，SSL 协议位于 TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。

TLS

TLS（Transport Layer Security）：其前身是SSL，它最初的几个版本（SSL 1.0、SSL 2.0、SSL 3.0）由网景公司开发，1999年从 3.1开始被IETF 标准化并改名，发展至今已经有 TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2 三个版本。SSL3.0和TLS1.0由于存在安全漏洞，已经很少被使用到。TLS 1.3改动会比较大，目前还在草案阶段，目前使用最广泛的是TLS 1.1、TLS 1.2。

加密算法

对称加密

对称加密算法非常简单，只要加密方和解密方都拥有同一密钥（可为128，192，256 bit大小的密钥，密钥越长，加密解密时间越长，解密难度也越高），即可完成加密解密过程，且假设无法强制对加密过的明文进行解密。

非对称加密

加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的，分别称为：公钥、私钥，公钥和算法都是公开的，私钥是保密的。非对称加密算法性能较低，但是安全性超强，由于其加密特性，非对称加密算法能加密的数据长度也是有限的。例如：RSA、DSA、ECDSA、 DH、ECDHE。

哈希算法

将任意长度的信息转换为较短的固定长度的值，通常其长度要比信息小得多，且算法不可逆。例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等。

数字签名

签名就是在信息的后面再加上一段内容（信息经过hash后的值），可以证明信息没有被修改过。hash值一般都会加密后（也就是签名）再和信息一起发送，以保证这个hash值不被修改。

HTTP 向 HTTPS 演化的过程

第一步：对传输的信息加密

对称加密

此种方式属于对称加密，双方拥有相同的密钥，信息得到安全传输，但此种方式的缺点是：

  • 不同的客户端、服务器数量庞大，所以双方都需要维护大量的密钥，维护成本很高。
  • 因每个客户端、服务器的安全级别不同，密钥极易泄露。

第二步：非对称加密

非对称性加密

客户端用公钥对请求内容加密，服务器使用私钥对内容解密，反之亦然，但上述过程也存在缺点：

  • 公钥是公开的（也就是黑客也会有公钥），所以第 ④ 步私钥加密的信息，如果被黑客截获，其可以使用公钥进行解密，获取其中的内容。

第三步：对称加密，非对称加密两者结合

对称加密，非对称加密两者结合
  • 第 ③ 步时，客户端说：（咱们后续回话采用对称加密吧，这是对称加密的算法和对称密钥）这段话用公钥进行加密，然后传给服务器。
  • 服务器收到信息后，用私钥解密，提取出对称加密算法和对称密钥后，服务器说：（好的）对称密钥加密。
  • 后续两者之间信息的传输就可以使用对称加密的方式了。
遇到的问题
  • 客户端如何获得公钥？
  • 如何确认服务器是真实的而不是黑客？

第四步：获取公钥与确认服务器身份

设想
  • 提供一个下载公钥的地址，回话前让客户端去下载。（缺点：下载地址有可能是假的；客户端每次在回话前都先去下载公钥也很麻烦）。
  • 回话开始时，服务器把公钥发给客户端（缺点：黑客冒充服务器，发送给客户端假的公钥）。
SSL 证书
SSL
  • 在第 ② 步时服务器发送了一个SSL证书给客户端，SSL证书中包含的具体内容有：
    • 证书的发布机构CA
    • 证书的有效期
    • 公钥
    • 证书所有者
    • 签名
浏览器认证

客户端在接受到服务端发来的SSL证书时，会对证书的真伪进行校验，以浏览器为例说明如下

  • 首先浏览器读取证书中的证书所有者、有效期等信息进行一一校验。
  • 浏览器开始查找操作系统中已内置的受信任的证书发布机构CA，与服务器发来的证书中的颁发者CA比对，用于校验证书是否为合法机构颁发。
  • 如果找不到，浏览器就会报错，说明服务器发来的证书是不可信任的。
  • 如果找到，那么浏览器就会从操作系统中取出 颁发者CA的公钥，然后对服务器发来的证书里面的签名进行解密。
  • 浏览器使用相同的hash算法计算出服务器发来的证书的hash值，将这个计算的hash值与证书中签名做对比。
  • 对比结果一致，则证明服务器发来的证书合法，没有被冒充。
  • 此时浏览器就可以读取证书中的公钥，用于后续加密了。

HTTPS 缺点：

  • SSL证书费用很高，以及其在服务器上的部署、更新维护非常繁琐。
  • HTTPS 降低用户访问速度（多次握手）。
  • 网站改用HTTPS以后，由HTTP跳转到HTTPS的方式增加了用户访问耗时（多数网站采用302跳转）。
  • HTTPS涉及到的安全算法会消耗 CPU 资源，需要增加大量机器（HTTPS访问过程需要加解密）。

HTTPS 的工作流程

客户端在使用HTTPS方式与Web服务器通信时有以下几个步骤：

HTTPS 的工作流程

  • 客户使用HTTPS的URL访问Web服务器，要求与Web服务器建立SSL连接。
  • Web服务器收到客户端请求后，会将网站的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。
  • 客户端的浏览器与Web服务器开始协商SSL连接的安全等级，也就是信息加密的等级。
  • 客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。
  • Web服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。
  • Web服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

参考文章

【HTTP】HTTPS 原理详解
看图学HTTPS
HTTPS 的故事
白话https
手把手HTTPS


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