Https 那点事

Posted 2021-04-30 龙少来侃事

本文分三块叙述：

1 CA相关知识

2HTTPS 通信过程

3如何搭建https服务

首先总体看下https 通信过程：

1.服务器向CA机构获取证书，当浏览器首次请求服务器的时候，服务器返回证书给浏览器。（证书包含：公钥+申请者与颁发者的相关信息+签名）

2.浏览器得到证书后，开始验证证书的相关信息，证书有效（没过期等）。

3.验证完证书后，如果证书有效，客户端是生成一个随机数，然后用证书中的公钥进行加密，加密后，发送给服务器，服务器用私钥进行解密，得到随机数。之后双方便开始用该随机数作为钥匙，对要传递的数据进行加密、解密

接下来进行一一解释

-------------------------CA相关-----------------------------

什么是CA

　　CA是Certificate Authority的缩写，也叫“证书授权中心”。

　　它是负责管理和签发证书的第三方机构，CA必须是所有行业和所有公众都信任的、认可的。因此它必须具有足够的权威性。

     在我国，要成为CA必须获得国家工信部的批准。我国第一家获得CA资质的机构是山东省数字证书认证管理有限公司，获批于2005年8月19日。

     目前，全球主流的CA机构有Symantec、GeoTrust、DigiCert、Thawte、GlobalSign、RapidSSL等。

不管对于企业还是个人用户而言，安装由权威CA机构颁发的SSL证书，访问HTTPS加密网站，才是网站的“正确打开方式”

什么是CA证书？

　　CA 证书，顾名思义，就是CA颁发的证书。

　　尽管CA证书如此强大，也不是所有需要数字证书的地方，都必须使用CA证书。假如业务需求的安全等级不高，使用自主研发的数字证书也可以，没有达到国家标准的必要。

但如果是公众应用软件，使用主流CA证书就可以避免安全防护软件的质疑询问，给用户的体验更良好。

假如要开发一个在ios环境下运行的软件，就必须先向苹果公司旗下的CA申请数字证书。

当软件开发完成运行时，iOS系统会自动对软件内置的数字证书进行验证，以此确保系统的安全和稳定。

但为此，软件开发商需要付出更多的软件开发成本，用于支付购买各种证书的费用。

由此我们可以看出，使用数字证书，就是校验数字证书的过程。

CA签发过程：

1 .服务方 S 向第三方机构CA提交公钥、组织信息、个人信息(域名)等信息并申请认证；

  注意：申请证书不需要提供私钥，确保私钥永远只能服务器掌握

2 .CA 通过线上、线下等多种手段验证申请者提供信息的真实性，如组织是否存在、企业是否合法，是否拥有域名的所有权等；

3 .如信息审核通过，CA 会向申请者签发认证文件-证书。

总结下：

证书=公钥+申请者与颁发者信息+签名

证书包含以下信息：申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 CA 的信息、有效时间、证书序列号等信息的明文，同时包含一个签名；

签名的产生算法：首先，使用散列函数计算公开的明文信息的信息摘要，然后，采用 CA 的私钥对信息摘要进行加密，密文即签名；

CA证书验证过程：

1 .客户端 C 向服务器 S 发出请求时，S 返回证书文件；

2 .客户端 C 读取证书中的相关的明文信息，采用相同的散列函数计算得到信息摘要，然后，用CA 的公钥解密签名数据，对比证书的信息摘要，如果一致，则可以确认证书的合法性，即公钥合法；

3.客户端然后验证证书相关的域名信息、有效时间等信息；

4.客户端会内置信任 CA 的证书信息(包含公钥)，如果CA不被信任，则找不到对应 CA 的证书，证书也会被判定非法。

-------------------------HTTPS相关-----------------------------

什么是HTTPS协议

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

http网络协议栈：                                        

http

tcp

ip

https  网络协议栈：

HTTP

ssl

tcp

ip

HTTPS 相比 HTTP 添加了SSL/TLS握手以及数据加密传输，也属于应用层协议。意味着每次通信都多走层SSL协议。SSL为数据通信提供安全保证。

SSL如何保证通信安全？

1  HTTP协议运行在TCP之上，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份。

2   HTTPS是运行在SSL/TLS之上的HTTP协议，SSL/TLS运行在TCP之上。所有传输的内容都经过加密，具体通信内容采用对称加密（注意是对称加密），但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密。

接下来看下图，解释上文提到的通信内容采用的对称加密秘钥如何生成

前5步其实就是HTTPS的握手过程，这个过程主要是认证服务端证书（内置的公钥）的合法性。因为非对称加密计算量较大，整个通信过程只会用到一次非对称加密算法（主要是用来保护传输客户端生成的用于对称加密的随机数私钥）。后续内容的加解密都是通过一开始约定好的对称加密算法进行的。

有同学可能会疑惑为什么又多弄出个对称加密？

1  什么是对称加密？   是指加密和解密使用的密钥是同一个密钥，或者可以相互推算。

2  对称加密的优点？   是算法简单，加解密效率高，系统开销小，适合对大数据量加密。

3   对称加密的缺点？  是解密加密使用同一个密钥，需要考虑远程通信的情况下如何安全的交换密钥，如果密钥丢失，

所谓的加密解密就失效了。

4   结论： 由于非对称加密的计算量大，而且对字节数有一点限制，显然不适合对具体的通信过程做加密，这就引出了对称加密来提高通信效率。这其实是一个折中的设计

握手过程的简单描述：

1.客户端C 将自己支持的一套加密规则发送给服务端。

3.客户端C 获得服务端S 证书之后浏览器要做以下工作：

b) 如果证书受信任，或者是用户接受了不受信的证书，客户端C 会生成一串随机数的密码，并用证书中提供的公钥加密。

c) 使用约定好的HASH计算握手消息，并使用生成的随机数密码对消息进行加密，最后将之前生成的所有信息发送给网站。

4.服务端S 接收 客户端C 发来的数据之后要做以下的操作：

a) 使用自己的私钥将信息解密取出客户端生成的随机密码R，使用该密R码解密浏览器发来的握手消息，并验证HASH是否与客户端C 发来的一致。

b) 使用密码加密一段握手消息，发送给客户端C。

5.客户端C 用R密码解密并计算握手消息的HASH，如果与服务端发来的HASH一致，

此时握手过程结束，之后所有的通信数据将由之前客户端C 生成的随机密码R并采用对称加密算法进行加密。

有同学疑惑为什么弄这么复杂的握手过程？

客户端C与服务端S互相发送加密的握手消息并验证，目的是为了保证双方都获得了一致的密码，并且可以正常的加密解密数据，为后续真正数据的传输做一次测试。由此可见TLS/SSL中使用了非对称加密，对称加密以及HASH算法。接下来再复盘下三者如何协同工作

HTTPS一般使用的加密与HASH算法如下：

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

其中非对称加密算法用于在握手过程中加密生成的密码，对称加密算法用于对真正传输的数据进行加密，而HASH算法用于验证数据的完整性。

由于客户端C 生成的密码是整个数据加密的关键，因此在传输的时候使用了非对称加密算法对其加密。

非对称加密算法会生成公钥和私钥，公钥只能用于加密数据，因此可以随意传输，而服务端S 的私钥用于对数据进行解密，所以服务端S都会非常小心的保管自己的私钥，防止泄漏。

TLS握手过程中如果有任何错误，都会使加密连接断开，从而阻止了隐私信息的传输。

-------------------------HTTPS服务搭建-----------------------------

说了那么对理论，接下来探讨如何搭建https 服务。公式： https = http+ssl.那么我们就需要在原有的http协议栈中添加SSL模块。接下来会举两个例子：tomcat  与 nginx  如何搭建来供参考

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