网络协议系列十五 - HTTPS

Posted 2021-06-30 1024星球

HTTPS由网景公司于1994年首次提出。HTTPS是在HTTP的基础上使用SSL/TLS来加密报文，对窃听和中间人攻击提供合理的防护。

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一、HTTPS

HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure），超文本传输安全协议。常称为HTTP over TLS、HTTP over SSL、HTTP Secure。

HTTPS的默认端口号是443（HTTP是80）。

在浏览器中输入http://www.baidu.com，会自动跳转到https://www.baidu.com，这个跳转指向不是浏览器自己决定的，是访问http://www.baidu.com后，所在服务器返回了重定向地址。

如果不加协议头，浏览器默认域名使用HTTPS。

HTTPS的成本：证书的费用、加解密的计算等、降低了访问速度。有些企业的做法是：包含敏感数据的请求才使用HTTPS，其他仍让使用HTTP，例如工商银行（http://www.icbc.com.cn、https://mybank.icbc.com.cn）。

HTTPS的通信过程，总的可以分为3大阶段：

1. TCP的3次握手
2. TLS的连接
3. HTTP请求和响应

二、SSL/TLS

TLS（Transport Layer Security），传输层安全性协议。前身是SSL（Secure Sockets Layer），安全套接层。

SSL/TLS也可以用在其他协议上，比如FTP -> FTPS、SMTP -> SMTPS。

2.1. 历史版本信息

• SSL 1.0：因存在严重的安全漏洞，从未公开过
• SSL 2.0：1995年，已于2011年弃用（参考RFC_6176）。
• SSL 3.0：1996年，已于2015年弃用（参考RFC_7568）
• TLS 1.0：1999年，参考RFC_2246
• TLS 1.1：2006年，参考RFC_4346
• TLS 1.2：2008年，参考RFC_5246
• TLS 1.3：2018年，参考RFC_8446

2.2. OSI

SSL/TLS是在应用层和传输层之间，因为SSL是为HTTP的数据包进行加密的，所在必须在数据包到达传输层前介入。

2.3. OpenSSL

OpenSSL是SSL/TLS协议的开源实现，始于1998年，支持Windows、Mac、Linux等平台。Linux、Mac一般自带OpenSSL，Windows需要下载安装（地址：https://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html）。

常用命令：

• 生成私钥：openssl genrsa -out 姓名.key
• 生成公钥：openssl rsa -in 姓名.key -pubout -out 姓名.pem

可以使用OpenSSL构建一套属于自己的CA，自己给自己颁发证书，称为“自签名证书”。

2.4. TLS 1.2 的连接

大概有10大步骤，图片中省略了中间产生的一些ACK确认。

第一步：Client Hello

• TLS的版本号
• 支持的加密组件列表（Cipher Suite）
  • 加密组件是指所使用的加密算法及密钥长度等
• 一个随机数（Client Random）

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第二步：Server Hello

• TLS的版本号
• 选择的加密组件
  • 是从接收到的客户端加密组件列表中挑选出来的
• 一个随机数（Server Random）

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第三步：Certificate

• 服务器的公钥证书（被CA签名过的）

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第四步：Server Key Exchange

• 用以实现ECDHE算法的其中一个参数（Server Params）
  • ECDHE是一种密钥交换算法
  • 为了防止伪造，Server Params经过了服务器私钥签名

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第五步：Server Hello Done

• 告知客户端：协商部分结束

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到第五步为止，客户端和服务器之间都是通过明文共享了：Client Random、Server Random、Server Params。而且客户端也拿到了服务器的公钥证书，接下来客户端会验证证书的真实有效性。

第六步：Client Key Exchange

• 用以实现ECDHE算法的另一个参数（Client Params）

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到目前为止，客户端和服务器都拥有了ECDHE算法需要的2个参数：Server Params、Client Params。此时客户端和服务器都可以使用ECDHE算法，根据Server Params、Client Params计算出一个新的随机密钥串（Pre-master secret）。然后结合Client Random、Server Random、Pre-master secret生成一个主密钥，最后利用主密钥衍生出其他密钥：客户端发送用的会话密钥、服务器发送用的会话密钥等。

第七步：Change Cipher Spec

• 告知服务器：之后的通信会采用计算出来的客户端会话密钥进行加密。

第八步：Finished
包含连接至今全部报文的整体校验值（摘要），加密之后（用会话密钥进行加密）发送给服务器。这次握手协商是否成功，要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准

第九步：Change Cipher Spec
服务器通知客户端，可以进行加密通信（服务器使用服务器会话密钥）。

第十步：Finished
告知客户端：服务器收到的报文加密后的校验值。

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到此为止，客户端服务器都验证加密解密没问题，握手正式结束。

开始加密传输：

三、Wireshark解密HTTPS

设置环境变量SSLKEYLOGFILE（浏览器会将key信息导出到这个文件）。设置完成后，最好重启一下操作系统。

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在Wireshark中选择这个文件（编辑 -> 首选项 -> Protocols -> TLS）：

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四、配置服务器HTTPS

4.1. 生成证书

环境：Tomcat9.0.34、JDK1.8.0_251

首先，使用JDK自带的keytool生成证书（一个生成免费证书的网站：https://freessl.org/）。

命令：keytool -genkeypair -alias daben(别名) -keyalg RSA(密钥算法名称) -keystore /User/Developer/Desktop/daben.jks(输出位置)

4.2. 配置Tomcat

将证书*.jks文件放到TomcatHome/conf目录下（放到哪个位置不重要，只要在server.xml配置中能够正确配置路径就行）。

修改TomcatHome/conf/server.xml中的Connector：

<Connector port="8443"
           protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
           maxThreads="150"
           SSLEnabled="true">
    <SSLHostConfig>
        <Certificate certificateKeystoreFile="conf/daben.jks"
                     type="RSA"
                     certificateKeystorePassword="123456"/>
    </SSLHostConfig>
</Connector>

重启Tomcat。由于是自签名证书，浏览器会不信任（浏览器会发出不安全警告），但不影响我们学习研究使用。