你是否了解HTTPS的加密原理？（面试常问）

Posted 2022-01-07 梦梦~~

        梦梦前段时间面试，以及工作之后负责的模块多多少少都会涉及到一些网络协议的知识，今天就抽出时间整理了其中两个常见的协议：HTTP和HTTPS的区别。

• • 什么是网络协议？
  • HTTP和HTTPS的基本概念
  • HTTP和HTTPS的区别
  • HTTPS的优缺点
  • • 优点
    • 缺点
  • HTTPS的工作原理

什么是网络协议？

        网络协议：是计算机网络中为了进行数据交换而指定的规则，收发双发必须采用同一套协议才能进行传输。也是规定了信息传输时必须采用的格式和这些格式代表的意义。

HTTP和HTTPS的基本概念

        HTTP：超文本传输协议，是互联网上最广泛的一种网络协议，是一个客户端和服务器端请求和应答的标准，用于从www服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。http传输超文本信息时是明文的，信息是不安全的，如果传输过程中黑客拦截了浏览器和服务器之间的传输报文，就可以直接获取其中的信息了。所以在支付之类的应用中，是不用http协议传输的。
        HTTPS：以安全为目标的http通道，简单来说，就是http协议的升级版、安全版，即在http协议下加入了SSL协议，所以HTTPS的安全基础就是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。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。

HTTP和HTTPS的区别

        1，http协议是超文本传输，即明文传送的，传输的信息是未加密的；而https是在http的基础上加了ssl协议做安全性的。
        2，https协议需要到ca申请证书，一般免费的证书比较少，因而需要一定的费用。
        3， http和https使用的是不同的连接方式，端口号也不一样，前者是80，后者是443.
        4，http的连接很简单，无状态的；而https协议是由ssl+http协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。

HTTPS的优缺点

优点

        1，使用https协议可以认证用户和服务器，确保数据正确发送到客户机和服务器。
        2，https是由ssl+http构建的可以进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全，可以防止数据在传输过程中不被盗取、修改等等，保证数据的完整性、安全性。
        3，https是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对的安全，但是它增加了中间人攻击的成本。

缺点

        1，https协议握手比较费时，会使页面的加载时间延长。
        2，https的连接缓存不如http高效，增加数据的开销，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响。
        3，ssl证书需要绑定ip，不能在同一个ip上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。

HTTPS的工作原理

        首先，先了解几个概念：
        HTTP：直接通过明文在浏览器和服务器之间传递消息，消息相当于“裸奔”在互联网中，是相当不安全的。
        HTTPS：在HTTP的基础上增加了一个SSL协议，采用的是对称密钥加密（共享密钥加密）和非对称密钥加密（公开密钥加密）来保护浏览器和服务器之间的通信安全。

        可以看到https在应用层和传输层之间加了SSL层，该层就是保证应用数据的加密层。具体怎么保证安全的，还需要继续往下看。
        对称密钥加密：加密和解密用的是同一个密钥，也叫共享密钥加密，加密的时候必须将共享密钥明文传送给对方，如果此时攻击者拦截了共享密钥，那么使用共享密钥加密过的消息也就不安全了。

        非对称加密（公开密钥加密）：也叫公开密钥加密，是成对的出现的，分为公钥（随意发布的，任何人都可以获取）和私钥（只能由自己知道），公钥加密之后的内容必须通过私钥进行解密。服务端把公钥发送到客户端，客户端用服务端的公钥生成密文，然后把密文发送出去，接收方使用自己的密钥进行解密，这种加密方式，不需要把密钥暴露在互联网中，相对来说是安全的。
        但是这种方式，也会出现一种情况，倒是传输的数据是不安全的，即：公钥在传输的过程中被攻击者拦截了，给客户端发送了一个攻击者自己的假的公钥，然后客户端不知道这是来自攻击者的公钥，就用这个假公钥对数据进行了加密，然后把加密后的数据发送给攻击者，攻击者用自己的私钥解密了数据，这样对数据也是不安全的，所以还是需要解决的。

        到这里，就会引入一个第三方的机构，既然无法确定双方的身份，就和支付宝一样，用户和商家无法对货款和货物做出判断，那么就交由第三方进行监督，这里也是一样的，CA机构就是做这件事情的，在进行交换消息之前，服务器会向CA机构申请一个证书，CA证书，CA证书使用数字签名的方式加密，CA机构会审核服务器的身份后，才会颁发给服务端，CA证书具有权威性，中间的攻击者是很难伪造的，在颁发的同时还会有公钥和私钥，这时公钥就具有了权威性，中间人无法伪造，客户端在接收到公钥和证书后会首先对CA证书进行验证，如果验证通过才会继续后面的通信。
        引入了CA证书的话，非对称性加密就做到了绝对安全，但是非对称加密效率比较低，比对称加密慢很多，所以，https就使用“对称加密+非对称加密”组合的方式做加密流程的。具体如下：
        1，浏览器使用Https的URL访问服务器，建立SSL链接。
        2，服务器接收到SSL链接后，发送非对称加密的公钥A给浏览器。
        3，浏览器生成随机数，作为对称加密的密钥B（要传输的明文数据）。
        4，浏览器使用服务器返回的公钥A，对自己生成的对称加密密钥B进行加密，得到密钥C。
        5，浏览器将密钥C发送给服务器
        6，服务器使用自己的私钥D对接受的密钥C进行解密，得到对称加密密钥B。
        7，浏览器和服务器之间使用密钥B作为对称加密密钥进行通信。

        小总结：通过上面的流程浏览器和服务器之间共享一个对称加密密钥B，而且不会被人监听和拦截到，之后的消息传递，使用密钥B进行对称加密。即：通过非对称加密对对称加密（对称加密是明文的）的密钥进行加密，在约定好了密钥后，然后后续的消息传递使用对称加密，这样算下来效率会提高很多。

        重要：在第四步之前，浏览器会先判断发送来的非对称性公钥是否来自服务端，如果是，就使用此公钥对 对称性密钥B（明文数据）进行加密，生成密钥c，然后才会把密钥c发送给服务器，如果判断发来的公钥不是来自服务端，而是攻击者已经攻击了，就不会再对明文数据进行加密了。这个步骤到底怎么实现的呢？看下面的分析

        a，第二步时，服务器向浏览器发送非对称性公钥A的时候，会通过hash算法把公钥和服务器的个人信息生成信息摘要。

        b，为了防止信息摘要被调换，服务器会采用CA提供的私钥进行加密来生成数字签名。也就是说，数字签名是由服务器的公钥和服务器的个人信息组成的。

        c，最后，会把之前没有经过hash算法之前的服务器公钥和服务器个人信息，和最后生成的数字签名 合并在一起，生成数字证书。然后才把数字证书发送给客户端。

        d，客户端拿到数字证书之后，采用CA 的公钥对数字证书里的数字签名进行解密（加密的时候是使用CA的私钥对信息摘要加密的），来获取信息摘要。然后再对数字证书里面的服务器个人信息、公钥进行hash算法，得到另一份信息摘要。
        e，最后客户端对两份摘要信息比对，如果一样的话，证明发送公钥者是服务器，否则的话，就是攻击者。

        这就看到https加密的流程确实复杂，安全性也比较高。梦梦对这部分也是一知半解的，前段时间面试的时候被问到，入职之后做支付也是https协议的，于是才去查找资料了解https的加密原理，但感觉了解的不是多么的彻底，记录了一点自己目前所能领悟的。广大csdn的小伙伴看到这篇文章之后，如果有其他的理解或者想法，欢迎在下方留下你的评论，一起讨论探讨探讨。