Https 原理

原文：https://blog.csdn.net/iispring/article/details/51615631

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。

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证书之后，会对证书进行检查，验证其合法性，如果发现发现证书有问题，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。

1、SSL

1.1 什么是SSL

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。

Secure Socket Layer，为Netscape(网景)所研发，用以保障在Internet上数据传输之安全，利用数据加密(Encryption)技术，可确保数据在网络上之传输过程中不会被截取及窃听。一般通用之规格为40 bit之安全标准，美国则已推出128 bit之更高安全标准，但限制出境。只要3.0版本以上之I.E.或Netscape浏览器即可支持SSL。

当前版本为3.0。它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。

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。SSL协议可分为两层： SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。 SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

1.2 SSL所提供的服务

提供的服务如下：

• 认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；
• 加密数据以防止数据中途被窃取；
• 维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

1.3 SSL工作流程

服务器认证阶段：

1. 客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接；
2. 服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息；
3. 客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器；
4. 服务器回复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。

用户认证阶段：在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。

SSL协议提供的安全通道有以下三个特性：

• 机密性：SSL协议使用密钥加密通信数据。

• 可靠性：服务器和客户都会被认证，客户的认证是可选的。

• 完整性：SSL协议会对传送的数据进行完整性检查。

TLS/SSL工作原理

HTTPS协议的主要功能基本都依赖于TLS/SSL协议，本节分析TLS/SSL协议工作原理。

TLS/SSL的功能实现主要依赖于三类基本算法：散列函数 Hash、对称加密和非对称加密，其利用非对称加密实现身份认证和密钥协商，对称加密算法采用协商的密钥对数据加密，基于散列函数验证信息的完整性。