前言

最近在面試中被問(wèn)到了HTTPS的相關(guān)問(wèn)題津肛，加上密碼學(xué)也剛好學(xué)到公鑰密碼學(xué)，我就趁熱打鐵汗贫，整理一下HTTPS相關(guān)知識(shí)身坐。

1.HTTPS簡(jiǎn)介

HTTPS（全稱：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全為目標(biāo)的HTTP通道落包，簡(jiǎn)單講是HTTP的安全版部蛇。下圖描述了在TCP/IP協(xié)議棧中TLS(各子協(xié)議）和HTTP的關(guān)系。

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不使用SSL/TLS的HTTP通信咐蝇，就是不加密的通信涯鲁。所有信息明文傳播，帶來(lái)了三大風(fēng)險(xiǎn)。

（1） 竊聽風(fēng)險(xiǎn)（eavesdropping）：第三方可以獲知通信內(nèi)容抹腿。
（2） 篡改風(fēng)險(xiǎn)（tampering）：第三方可以修改通信內(nèi)容岛请。
（3） 冒充風(fēng)險(xiǎn)（pretending）：第三方可以冒充他人身份參與通信。

SSL/TLS協(xié)議是為了解決這三大風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的警绩，希望達(dá)到：

（1） 所有信息都是加密傳播崇败，第三方無(wú)法竊聽。
（2） 具有校驗(yàn)機(jī)制肩祥，一旦被篡改僚匆，通信雙方會(huì)立刻發(fā)現(xiàn)。
（3） 配備身份證書搭幻，防止身份被冒充咧擂。

如果你對(duì)HTTP協(xié)議還不是很了解，可以先看看我整理的HTTP協(xié)議詳解這篇文章檀蹋。

2.HTTPS先修知識(shí)

HTTPS 涉及到了很多概念松申，比如 SSL/TSL，數(shù)字簽名俯逾、數(shù)字證書贸桶、加密、認(rèn)證桌肴、公鑰和私鑰等皇筛，比較容易混淆。我們先來(lái)了解一下這些概念坠七。

如果你看不懂下面的概念水醋，建議先把第3節(jié)的小故事看完，帶著這些概念是什么的問(wèn)題去看彪置。

• SSL/TSL
  SSL：（Secure Socket Layer拄踪，安全套接字層）
  TLS：（Transport Layer Security，傳輸層安全協(xié)議）

SSL/TLS 是 HTTPS 安全性的核心模塊拳魁，TLS 的前身是 SSL惶桐，TLS1.0 就是 SSL3.1，TLS1.1 是 SSL3.2潘懊，TLS1.2 則是 SSL3.3姚糊。 SSL/TLS 是建立在 TCP 協(xié)議之上，因而也是應(yīng)用層級(jí)別的協(xié)議授舟。其包括 TLS Record Protocol 和 TLS Handshaking Protocols 兩個(gè)模塊救恨，后者負(fù)責(zé)握手過(guò)程中的身份認(rèn)證，前者則保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的完整性和私密性岂却。

其實(shí)認(rèn)證用戶和服務(wù)器忿薇，加密數(shù)據(jù)裙椭，維護(hù)數(shù)據(jù)完整性等等這些內(nèi)容都是SSL/TLS干的事情

詳情 SSL與TLS的區(qū)別以及介紹

• 加密解密基礎(chǔ)知識(shí)

（1）對(duì)稱加密算法：就是加密和解密使用同一個(gè)密鑰的加密算法躏哩。因?yàn)榧用芊胶徒饷芊绞褂玫拿荑€相同署浩，所以稱為稱為對(duì)稱加密，也稱為單鑰加密方法扫尺。
優(yōu)點(diǎn)是：加密和解密運(yùn)算速度快筋栋，所以對(duì)稱加密算法通常在消息發(fā)送方需要加密大量數(shù)據(jù)時(shí)使用；
缺點(diǎn)是：安全性差正驻，如果一方的密鑰遭泄露弊攘，那么整個(gè)通信就會(huì)被破解。另外加密之前雙方需要同步密鑰;
常用對(duì)稱加密算法有：DES姑曙、3DES襟交、TDEA、Blowfish伤靠、RC2捣域、RC4、RC5宴合、IDEA焕梅、SKIPJACK、AES等;

（2）非對(duì)稱加密算法（公鑰加密）：而非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰來(lái)進(jìn)行加密和解密卦洽，這兩個(gè)秘鑰是公開密鑰(public key贞言，簡(jiǎn)稱公鑰)和私有密鑰(private key，簡(jiǎn)稱私鑰)阀蒂。
公鑰和私鑰是一對(duì)：公鑰用來(lái)加密该窗，私鑰解密，而且公鑰是公開的蚤霞，私鑰是自己保存的挪捕，不需要像對(duì)稱加密那樣在通信之前要先同步秘鑰。
優(yōu)點(diǎn)是：安全性更好争便，私鑰是自己保存的级零，不需要像對(duì)稱加密那樣在通信之前要先同步秘鑰。
缺點(diǎn)是：加密和解密花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)滞乙、速度慢奏纪，只適合對(duì)少量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
常用的非對(duì)稱加密算法有：RSA斩启、Elgamal序调、Rabin、D-H兔簇、ECC等发绢；

（3）HASH算法：也稱為消息摘要算法硬耍。將任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制值映射為較短的固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制值，該二進(jìn)制值稱為哈希值边酒。
常用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性经柴，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有被篡改過(guò)。常見的有 MD5(MD系列)墩朦，SHA-1(SHA系列)

• 數(shù)字簽名（digital signature）

將報(bào)文按雙方約定的HASH算法計(jì)算得到一個(gè)固定位數(shù)的報(bào)文摘要坯认。在數(shù)學(xué)上保證：只要改動(dòng)報(bào)文中任何一位，重新計(jì)算出的報(bào)文摘要值就會(huì)與原先的值不相符氓涣。這樣就保證了報(bào)文的不可更改性牛哺。將該報(bào)文摘要值用發(fā)送者的私人密鑰加密，然后連同原報(bào)文一起發(fā)送給接收者劳吠，而產(chǎn)生的報(bào)文即稱數(shù)字簽名引润。

寫了一大堆，自己理解的簽名就是：信息->hash->加密（私鑰加密）痒玩。

為什么說(shuō)簽名呢淳附？原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗借€是保密的凰荚，只有加密一方擁有燃观。就好像是在一張紙上蓋上了你的手印。

• 數(shù)字證書（digital certificate）

數(shù)字證書就是互聯(lián)網(wǎng)通訊中標(biāo)志通訊各方身份信息的一系列數(shù)據(jù)便瑟，提供了一種在Internet上驗(yàn)證您身份的方式缆毁，其作用類似于司機(jī)的駕駛執(zhí)照或日常生活中的身份證。它是由一個(gè)由權(quán)威機(jī)構(gòu)-----CA機(jī)構(gòu)到涂，又稱為證書授權(quán)（Certificate Authority）中心發(fā)行的脊框，人們可以在網(wǎng)上用它來(lái)識(shí)別對(duì)方的身份。

數(shù)字證書是一個(gè)經(jīng)證書授權(quán)中心數(shù)字簽名的包含公開密鑰擁有者信息以及公開密鑰的文件践啄。
最簡(jiǎn)單的證書包含一個(gè)公開密鑰浇雹、名稱以及證書授權(quán)中心的數(shù)字簽名。
數(shù)字證書還有一個(gè)重要的特征就是只在特定的時(shí)間段內(nèi)有效屿讽。

證書中包含的具體內(nèi)容有：
（1）證書的發(fā)布機(jī)構(gòu)CA
（2）證書的有效期
（3）公鑰（證書所有者昭灵，即網(wǎng)站）
（4）證書所有者
（5）證書授權(quán)中心的數(shù)字簽名
（6）證書所使用的簽名算法---驗(yàn)證數(shù)字簽名是要使用
（7）證書的序列號(hào)，每個(gè)證書都有一個(gè)唯一的證書序列號(hào)
證書的版本信息伐谈；

來(lái)看看證書長(zhǎng)什么樣吧

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• 數(shù)字證書頒發(fā)過(guò)程
  數(shù)字證書頒發(fā)過(guò)程一般為：用戶首先產(chǎn)生自己的密鑰對(duì)烂完，并將公共密鑰及部分個(gè)人身份信息傳送給認(rèn)證中心。認(rèn)證中心在核實(shí)身份后诵棵，將執(zhí)行一些必要的步驟抠蚣，以確信請(qǐng)求確實(shí)由用戶發(fā)送而來(lái)，然后履澳，認(rèn)證中心將發(fā)給用戶一個(gè)數(shù)字證書嘶窄，該證書內(nèi)包含用戶的個(gè)人信息和他的公鑰信息怀跛，同時(shí)還附有認(rèn)證中心的簽名信息。用戶就可以使用自己的數(shù)字證書進(jìn)行相關(guān)的各種活動(dòng)柄冲。數(shù)字證書由獨(dú)立的證書發(fā)行機(jī)構(gòu)發(fā)布吻谋。數(shù)字證書各不相同，每種證書可提供不同級(jí)別的可信度羊初”醺龋可以從證書發(fā)行機(jī)構(gòu)獲得您自己的數(shù)字證書什湘。

3.一個(gè)安全通信的故事

我們?cè)賮?lái)看一個(gè)關(guān)于 Bob 與他好朋友通信的故事（What is a Digital Signature?）长赞，好好理解下上面提到的概念。

需要說(shuō)明一下的是闽撤，這個(gè)故事是從我參考的第一篇文章直接copy過(guò)來(lái)的得哆，我只添加了說(shuō)明3和說(shuō)明4兩部分內(nèi)容

故事的主人公是 Bob，他有三個(gè)好朋友 Pat哟旗、Doug 和 Susan贩据。Bob 經(jīng)常跟他們寫信。因?yàn)樗男攀敲魑膫鬏數(shù)恼⒉停趥鬟f過(guò)程可能被人截獲偷窺饱亮，也可能被人截獲然后又篡改了，更有可能別人偽裝成 Bob 本人跟他的好朋友通信舍沙，總之是不安全的近上。他很苦惱，經(jīng)過(guò)一番苦苦探索拂铡，誒壹无，他發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)安全學(xué)里有一種叫非對(duì)稱加密算法的東東，好像可以幫助他解決這個(gè)問(wèn)題感帅。

好了斗锭，來(lái)看看 Bob 是怎么應(yīng)用非對(duì)稱加密算法與他的好朋友通信的：

(1)首先 Bob 弄到了兩把鑰匙：公鑰和私鑰

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(2)Bob 自己保留下了私鑰，把公鑰復(fù)制成三份送給了他的三個(gè)好朋友 Pat失球、Doug 和 Susan岖是；

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(3)此時(shí)，Bob 總算可以安心地和他的好朋友愉快地通信了实苞。比如 Susan 要和他討論關(guān)于去哪吃午飯的事情豺撑，Susan 就可以先把自己的內(nèi)容（明文）首先用 Bob 送給他的公鑰做一次加密，然后把加密的內(nèi)容傳送給 Bob硬梁。Bob 收到信后前硫，再用自己的私鑰解開信的內(nèi)容；

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說(shuō)明：這其實(shí)是計(jì)算機(jī)安全學(xué)里加密的概念荧止，加密的目的是為了不讓別人看到傳送的內(nèi)容屹电，加密的手段是通過(guò)一定的加密算法及約定的密鑰進(jìn)行的（比如上述用了非對(duì)稱加密算法以及 Bob 的公鑰）阶剑，而解密則需要相關(guān)的解密算法及約定的秘鑰（如上述用了非對(duì)稱加密算法和 Bob 自己的私鑰），可以看出加密是可逆的（可解密的）危号。

(4)Bob 看完信后牧愁，決定給 Susan 回一封信。為了防止信的內(nèi)容被篡改（或者別人偽裝成他的身份跟 Susan 通信）外莲，他決定先對(duì)信的內(nèi)容用 hash 算法做一次處理猪半，得到一個(gè)字符串哈希值，Bob 又用自己的私鑰對(duì)哈希值做了一次加密得到一個(gè)簽名偷线，然后把簽名和信（明文的）一起發(fā)送給 Susan磨确；

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說(shuō)明 2：Bob 的內(nèi)容實(shí)質(zhì)是明文傳輸?shù)模赃@個(gè)過(guò)程是可以被人截獲和窺探的声邦，但是 Bob 不擔(dān)心被人窺探乏奥，他擔(dān)心的是內(nèi)容被人篡改或者有人冒充自己跟 Susan 通信。這里其實(shí)涉及到了計(jì)算機(jī)安全學(xué)中的認(rèn)證概念亥曹，Bob 要向 Susan 證明通信的對(duì)方是 Bob 本人邓了，另外也需要確保自己的內(nèi)容是完整的。

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說(shuō)明：4 跟 5 其實(shí)構(gòu)成了一次完整的通過(guò)數(shù)字簽名進(jìn)行認(rèn)證的過(guò)程旨别。數(shù)字簽名的過(guò)程簡(jiǎn)述為：發(fā)送方通過(guò)不可逆算法對(duì)內(nèi)容 text1 進(jìn)行處理（哈希）诗赌，得到的結(jié)果值 hash1，然后用私鑰加密 hash1 得到結(jié)果值 encry1秸弛。對(duì)方接收 text1 和 encry1铭若，用公鑰解密 encry1 得到 hash1，然后用 text1 進(jìn)行同等的不可逆處理得到 hash2递览，對(duì) hash1 和 hash2 進(jìn)行對(duì)比即可認(rèn)證發(fā)送方叼屠。

（6）此時(shí)，另外一種比較復(fù)雜出現(xiàn)了绞铃，Bob 是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把公鑰寄送給他的三個(gè)好朋友的镜雨，有一個(gè)不懷好意的家伙 Jerry 截獲了 Bob 給 Doug 的公鑰。Jerry 開始偽裝成 Bob 跟 Doug 通信儿捧，Doug 感覺(jué)通信的對(duì)象不像是 Bob荚坞，但是他又無(wú)法確認(rèn)挑宠；

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說(shuō)明3：需要注意，Jerry 開始偽裝Bob的過(guò)程是這樣的：Jerry 截獲了 Bob 給 Doug 的公鑰颓影，然后把這個(gè)公鑰換成自己的公鑰各淀，再發(fā)送給Doug。這樣Jerry就可以冒充Bob诡挂，用Jerry自己的私鑰完成與Doug的通信碎浇。

（7）Bob 最終發(fā)現(xiàn)了自己的公鑰被 Jerry 截獲了，他感覺(jué)自己的公鑰通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給自己的小伙伴似乎也是不安全的璃俗，不懷好意的家伙可以截獲這個(gè)明文傳輸?shù)墓€奴璃。為此他想到了去第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)"證書中心"（certificate authority，簡(jiǎn)稱 CA）做認(rèn)證旧找。證書中心用自己的私鑰對(duì) Bob 的公鑰和其它信息做了一次加密溺健。這樣 Bob 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字證書傳遞給他的小伙伴后麦牺，小伙伴們先用 CA 給的公鑰解密證書钮蛛，這樣就可以安全獲取 Bob 的公鑰了

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說(shuō)明4：證書中心"（certificate authority，簡(jiǎn)稱 CA）是可信的剖膳。只要證書是可信的魏颓，公鑰就是可信的。

4.HTTPS 通信過(guò)程

通過(guò) Bob 與他的小伙伴的通信吱晒，我們已經(jīng)可以大致了解一個(gè)安全通信的過(guò)程甸饱，也可以了解基本的加密、解密仑濒、認(rèn)證等概念叹话。HTTPS 就是基于這樣一個(gè)邏輯設(shè)計(jì)的。

首先看看組成 HTTPS 的協(xié)議：HTTP 協(xié)議和 SSL/TSL 協(xié)議墩瞳。HTTP 協(xié)議就不用講了驼壶，而 SSL/TSL 就是負(fù)責(zé)加密解密等安全處理的模塊，所以 HTTPS 的核心在 SSL/TSL 上面喉酌。整個(gè)通信如下：
（1）瀏覽器發(fā)起往服務(wù)器的 443 端口發(fā)起請(qǐng)求热凹，請(qǐng)求攜帶了瀏覽器支持的加密算法和哈希算法。
（2）服務(wù)器收到請(qǐng)求泪电，選擇瀏覽器支持的加密算法和哈希算法般妙。
（3）服務(wù)器下將數(shù)字證書返回給瀏覽器，這里的數(shù)字證書可以是向某個(gè)可靠機(jī)構(gòu)申請(qǐng)的相速，也可以是自制的碟渺。
（4）瀏覽器進(jìn)入數(shù)字證書認(rèn)證環(huán)節(jié)，這一部分是瀏覽器內(nèi)置的 TSL 完成的：
（4.1）首先瀏覽器會(huì)從內(nèi)置的證書列表中索引突诬，找到服務(wù)器下發(fā)證書對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)苫拍，如果沒(méi)有找到烹棉，此時(shí)就會(huì)提示用戶該證書是不是由權(quán)威機(jī)構(gòu)頒發(fā)，是不可信任的怯疤。如果查到了對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)浆洗，則取出該機(jī)構(gòu)的公鑰。
（4.2）證書內(nèi)容包括網(wǎng)站的網(wǎng)址集峦、網(wǎng)站的公鑰伏社、證書的有效期等。瀏覽器會(huì)先驗(yàn)證證書簽名的合法性（驗(yàn)證過(guò)程類似上面 Bob 和 Susan 的通信）塔淤。簽名通過(guò)后（即證書是可信的）摘昌，瀏覽器驗(yàn)證證書記錄的網(wǎng)址是否和當(dāng)前網(wǎng)址是一致的，不一致會(huì)提示用戶高蜂。如果網(wǎng)址一致會(huì)檢查證書有效期聪黎，證書過(guò)期了也會(huì)提示用戶。這些都通過(guò)認(rèn)證時(shí)备恤，瀏覽器就可以安全使用證書中的網(wǎng)站公鑰了稿饰。
（4.3）瀏覽器生成一個(gè)隨機(jī)數(shù) R，并使用網(wǎng)站公鑰對(duì) R 進(jìn)行加密露泊，并計(jì)算握手消息hash喉镰。
（5）瀏覽器將加密的 R 和hash摘要值傳送給服務(wù)器。
（6）服務(wù)器用自己的私鑰解密得到 R惭笑，驗(yàn)證hash摘要值侣姆。
（7）服務(wù)器以 R 為密鑰使用了對(duì)稱加密算法加密網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容并傳輸給瀏覽器。
（8）瀏覽器以 R 為密鑰使用之前約定好的解密算法獲取網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容沉噩。

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備注 1：前 5 步其實(shí)就是 HTTPS 的握手過(guò)程捺宗，這個(gè)過(guò)程主要是認(rèn)證服務(wù)端證書（內(nèi)置的公鑰）的合法性。因?yàn)榉菍?duì)稱加密計(jì)算量較大川蒙，整個(gè)通信過(guò)程只會(huì)用到一次非對(duì)稱加密算法（主要是用來(lái)保護(hù)傳輸客戶端生成的用于對(duì)稱加密的隨機(jī)數(shù)私鑰）蚜厉。后續(xù)內(nèi)容的加解密都是通過(guò)一開始約定好的對(duì)稱加密算法進(jìn)行的。

5.HTTPS 缺點(diǎn)

（1）SSL 證書費(fèi)用很高派歌，以及其在服務(wù)器上的部署弯囊、更新維護(hù)非常繁瑣
（2）HTTPS 降低用戶訪問(wèn)速度（多次握手）
（3）網(wǎng)站改用HTTPS 以后，由HTTP 跳轉(zhuǎn)到 HTTPS 的方式增加了用戶訪問(wèn)耗時(shí)（多數(shù)網(wǎng)站采用302跳轉(zhuǎn)）
（4）HTTPS 涉及到的安全算法會(huì)消耗 CPU 資源胶果，需要增加大量機(jī)器（https訪問(wèn)過(guò)程需要加解密）

總結(jié)：

（1）HTTPS 結(jié)合使用了 非對(duì)稱加密算法匾嘱，對(duì)稱加密算法，hash算法早抠，分別利用他們的優(yōu)勢(shì)霎烙，避免他們的缺點(diǎn)。利用非對(duì)稱加密算法獲得對(duì)稱加密算法的秘鑰，保證他的安全性悬垃；然后實(shí)際的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的加密使用的是對(duì)稱加密算法游昼，利用了對(duì)稱加密算法速度快的優(yōu)勢(shì)，hash算法主要是防止篡改的發(fā)生尝蠕，是一種校驗(yàn)機(jī)制烘豌，最后數(shù)字證書，保證了服務(wù)器在將非對(duì)稱加密算法的公鑰傳給瀏覽器時(shí)的安全性(不會(huì)被中間人篡改)看彼，同時(shí)也標(biāo)志了服務(wù)器的身份廊佩。

（2）HTTPS的四大金剛：
非對(duì)稱加密算法(對(duì)稱加密算法的秘鑰) + 對(duì)稱加密算法(加密內(nèi)容) + 數(shù)字證書(防止篡改非對(duì)稱加密算法的公鑰) + HASH算法(防止篡改消息)== HTTPS

（3）HTTPS的本質(zhì)是什么？
HTTPS的本質(zhì)就是在HTTP連接發(fā)起之前靖榕，先使用SSL/TLS協(xié)議标锄，協(xié)調(diào)客戶端和服務(wù)端，在兩端各自生產(chǎn)一個(gè)對(duì)稱加密算法的秘鑰茁计，
然后使用普通的HTTP協(xié)議傳輸 經(jīng)過(guò)對(duì)稱加密算法加密的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容料皇。因?yàn)閷?duì)稱加密算法的秘鑰是安全的，所以對(duì)稱加密算法加密的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容也是安全的星压。

參考文章
深入淺出 HTTPS 工作原理
HTTPS(SSL/TLS) 原理之深入淺出
深度解析HTTPS原理
深入淺出HTTPS基本原理