HTTPS那些事儿(一)-HTTPS原理

HTTPS那些事儿(一)

近期看了《http权威指南》的几个章节。对HTTPS有了部分了解，同一时候在网上查阅了一些资料，遂打算记录一下心得，写的仓促，肯定有非常多错误的地方。欢迎大家指正。

1.HTTP是什么

那么在介绍https之前，有必要先解释下http。http是一个非常easy又非常复杂的协议，说其简单，是我们每天都在用它，并且又浑然不觉，貌似非常easy的样子。

可是真正可以把http全然了解清楚。并非非常easy的事情。

《http权威指南》诺厚的一本书，都是http相关内容，可知有多么复杂了。

• 简单来说。HTTP协议是超文本传输协议，是一种可靠的传输数据协议。像我们每天都在使用的web浏览器就是一种httpclient，提供内容的webserver就是server端。httpclient和server端构成了万维网的基本组件。webserver是web资源的宿主，web资源是web内容的源头。最简单的web资源就是webserver文件系统中的静态文件，如文本文件，html文件，图片。word文件以及mp3，avi等影音文件等；除了静态文件。web资源还可能是依据须要生产内容的软件程序，这些能够看做是动态文件。
• 一个简单的http请求是从我们打开浏览器。输入url地址訪问指定站点開始的。一条请求命令和一个响应结果构成了一个HTTP事务。而差点儿世界上全部的HTTP通信都是由TCP/IP协议承载的，这就是我们熟悉的网络ISO七层结构和TCP/IP4层结构，在大部分的情况我们仅仅讨论TCP/IP分层结构。那么详细的訪问过程是怎么样的呢？比方我们訪问http://movie.douban.com/subject/10485647/?from=showing 这个链接地址，那么详细包含例如以下几个过程：
  • 1.浏览器解析初主机名。

    （主机名是movie.douban.com）

  • 2.浏览器查询DNSserver查到该主机名相应的ip地址。比方211.147.4.32。假设之前有訪问过该网站，则因为DNS记录会被操作系统缓存，就不须要再次解析。此外，假设訪问的webserver使用了DNS轮转的话，则可能不同的时候查到的ip地址是不同的。

  • 3.浏览器获得port号。这里默认是80.
  • 4.浏览器发起到211.147.4.32port80的连接。

  • 5.浏览器向server发起一条HTTP GET的报文。
  • 6.浏览器从server读取一条HTTP响应报文。
  • 7.浏览器关闭连接。
• 更加具体的过程能够參加《HTTP权威指南》。里面有讲到为了提高性能的并发连接、持久连接以及连接管道化等。此外，这里还有篇文章具体介绍了一个HTTP事务的过程，请參见从输入URL到页面载入完毕发生了什么事情。

2.从HTTP到HTTPS

主要的HTTP在web事务中是不够安全的。这也就催生了HTTPS的诞生。

HTTPS是在HTTP和TCP之间加了一层传输层的password安全层-SSL或者后来普遍使用的TLS。HTTPS协议会对web通信过程中的数据加密，杜绝了数据被窃取，整体来说还是非常安全的。尽管前不久openssl爆出了一个heartbleed漏洞。只是如今已经修复了。HTTPS在URL中的前缀是HTTPS，默认port是443。HTTP默认port80。

2.1基本过程

    因为SSL安全层的存在，HTTPS建立安全传输的过程会稍微复杂一些。

HTTPclient(最经常使用的就是浏览器了)打开一条到webserverport443的连接。一旦建立了TCP连接，client和server端就会初始化SSL层，对加密參数进行沟通并交换密钥。握手完毕后。SSL也就初始化完毕了，client就能够把请求报文发送给安全层了。当然，这些报文发送给TCP之前，会被加密。

2.2 SSL握手

• SSL握手是最为复杂的一步了，详细步骤例如以下：
• 1.client(通常就是web浏览器)向server发送自己支持的加密规则并请求证书。
• 2.server选择一组加密算法和HASH算法，以及server证书发送给浏览器。（SSL支持双向认证。webserver将server证书发送给client，然后再将client的证书回送给server。可是实际应用中非常多用户都没有自己的client证书，因此server也非常少会要求client证书）
• 3.浏览器获取server证书之后须要验证证书的合法性。详细有下面几个步骤： server证书一般包含例如以下信息：证书序列号，证书过期时间，网站组织名。网站DNS主机名。网站的公开密钥，证书颁发者名称，证书颁发者的签名。网景公司提出了一种webserver证书有效性算法是大部分浏览器有效验证server证书的基础。主要验证步骤例如以下：
  • 3.1 日期检測。
    检查证书的起始时间和结束时间。以确保证书仍然有效。

    假设证书过期了或者还没有被激活，则证书有效性验证失败。浏览器提示错误信息。

  • 3.2 证书颁发者可信度检測。

    
    每一个证书都是由某些证书颁发机构(CA)签发的。它们负责为server担保。证书有不同等级。每种证书都须要不同级别的背景验证。

    不论什么人都能够生成证书，可是有些CA是很著名的组织，它们能够通过很清晰的流程来验证证书申请人的身份以及商业行为的合法性。因此，浏览器一般会附带一个签名颁发机构的受信列表。假设是未知机构颁发的证书，则浏览器会显示警告信息。

  • 3.3 签名检測。 一旦判定证书颁发者可信。浏览器就须要使用证书颁发者的公钥对信息进行签名，并将其与证书中的签名进行比对，假设两者不同。则信息可能被改动过。不能通过验证。

  • 3.4 网站身份认证
    为防止server复制其它人的证书。或拦截其它人的流量。大部分浏览器都会试着去验证证书中包括的DNS主机名是否与正在对话的主机名是否匹配。

    假设不匹配。则要么是浏览器警告用户，要么就是直接终止连接。对于虚拟主机(一台server有多个主机名)网站上的安全流量处理是比較棘手的，有些流行的webserver程序仅仅支持一个证书，假设用户请求虚拟主机名。则与证书中的主机名不匹配。这样浏览器会发出警告。一个处理办法是在開始安全事务前，将虚拟主机域名重定向至server证书中的官方主机名。（server证书中通常仅仅包括一个主机名。但有些CA会为一组server创建一些包括了server名称列表或者通配域名的证书）

• 4.假设server证书验证通过，则浏览器会生成一串随机的数字作为password（实际用作password的随机字符串生成过程比較复杂。这里简化了其过程。

  详细能够參加HTTPS那些事儿(二）），并用server证书中的公钥进行加密。 此外。浏览器使用第2步中商议好的HASH算法对握手消息进行加密。採用的password就是刚刚生成的那串随机数字。

  最后将这些信息（用公钥加密的随机数password，握手消息。採用HASH算法、随机数password加密的握手消息签名）发送给server。

• 5.server接收浏览器信息，须要进行例如以下处理：
  • 5.1 用私钥解密获取随机数password。
  • 5.2 用HASH算法依据该随机数password对握手消息进行签名。比对浏览器发来的签名和该计算得到的签名是否一致。
  • 5.3 假设签名验证通过，则使用该随机数password加密一段握手消息。发送给浏览器。
• 6.浏览器接收握手消息并使用随机数password以及之前的HASH算法计算握手消息的HASH值。

  假设与发来的HASH值一致，此时握手结束，兴许的消息都会通过随机数password来进行加密和解密，使用的加密方法是对称加密。要注意之前的公钥加密和私钥解密使用的是非对称加密算法。

3.HTTPS中用到的算法

HTTPS一般使用的加密与HASH算法例如以下：   

非对称加密算法：RSA，DSA/DSS

对称加密算法：AES，RC4。3DES

HASH算法：MD5，SHA1。SHA256

非对称加密算法用于之前在传递随机数password的时候用到。对称加密算法是安全连接建立后用到，用于加快加密解密的速度。HASH算法是用于验证SSL握手过程数据完整性。SSL握手过程中假设有不论什么错误。都会使连接断开，从而阻止了隐私信息的传输。因为HTTPS非常安全，攻击者非常难找到下手的地方，于是很多其它的是採用了假证书的手法来欺骗client。这些假证书的识别方法在第2节中已经有说明。

4.參考资料

• HTTPS那些事一
• 《HTTP权威指南》14章 安全HTTP