HTTPS协议加密机制

[Alexandermclean]

1.为什么要加密

因为http的内容是明文传输的，明文数据会经过中间代理服务器、路由器、wifi热点、通信服务运营商等多个物理节点，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全暴露了，他还可以篡改传输的信息且不被双方察觉，这就是中间人攻击。所以我们才需要对信息进行加密。最简单容易理解的就是对称加密。

2.加密的种类

1.对称加密

通信双方各持一个相同的秘钥，对通信的内容加密解密，这种加密方式优点就是加密解密速度快，效率高。
但是怎么能保证通信的双方都拿到相同的秘钥而不被其他人拿到呢，这就很难了= =

2.非对称加密

就是有两把秘钥，一把私钥，一把公钥；用公钥加密的内容只能私钥解密，同样私钥加密的内容只能公钥解密。鉴于非对称加密的机制，我们会有这种思路：服务器先把公钥直接明文传输给浏览器，之后浏览器向服务器传数据前都先用这个公钥加密好再传，这条数据的安全似乎可以保障了！因为只有服务器有相应的私钥能解开这条数据。

然而由服务器到浏览器的这条路怎么保障安全？如果服务器用它的的私钥加密数据传给浏览器，那么浏览器用公钥可以解密它，而这个公钥是一开始通过明文传输给浏览器的，这个公钥被谁劫持到的话，他也能用该公钥解密服务器传来的信息了。所以目前似乎只能保证由浏览器向服务器传输数据时的安全性。

3.改良版的非对称加密

既然一对私钥秘钥能保证一方面的通信安全，那用两队公钥私钥就能保证互相通信安全了 : )
1.某网站拥有用于非对称加密的公钥A、私钥A’；浏览器拥有用于非对称加密的公钥B、私钥B’。
2.浏览器像网站服务器请求，服务器把公钥A明文给传输浏览器。
3.浏览器把公钥B明文传输给服务器。
4.之后浏览器向服务器传输的所有东西都用公钥A加密，服务器收到后用私钥A’解密。由于只有服务器拥有这个私钥A’可以解密，所以能保证这条数据的安全。
5.服务器向浏览器传输的所有东西都用公钥B加密，浏览器收到后用私钥B’解密。同上也可以保证这条数据的安全。

的确可以！抛开这里面仍有的漏洞不谈（下文会讲），HTTPS的加密却没使用这种方案，为什么？最主要的原因是非对称加密算法非常耗时，特别是加密解密一些较大数据的时候有些力不从心，而对称加密快很多。

4.非对称加密+对称加密

既然非对称加密耗时，非对称加密+对称加密结合可以吗？而且得尽量减少非对称加密的次数。当然是可以的，而且非对称加密、解密各只需用一次即可。
1.某网站拥有用于非对称加密的公钥A、私钥A’。
2.浏览器像网站服务器请求，服务器把公钥A明文给传输浏览器。
3.浏览器随机生成一个用于对称加密的密钥X，用公钥A加密后传给服务器。
4.服务器拿到后用私钥A’解密得到密钥X。
5.这样双方就都拥有密钥X了，且别人无法知道它。之后双方所有数据都用密钥X加密解密。

但是！这样会有另一个问题，中间人劫持替换了服务器给浏览器的公钥A，换成了自己伪造的公钥B，浏览器生成的对称秘钥X用公钥B加密后被劫持，劫持者用自己的私钥B’解密得到秘钥X，用之前劫持的公钥A加密后给服务器，服务器也会得到一样的秘钥X，但这时秘钥X已经泄露了= =
因此需要一个证明，证明浏览器收到的公钥确实是需要通信的服务器给的，类似于现实中张三向李四证明自己是张三一样，张三可以出具自己的身份证给李四，证明自己是张三；但是又有个问题，我不是张三但我伪造了一个张三的身份证，我好像就变成了张三了；这个时候身份证的真伪就必须有个权威机构来证明比如公安局，在公安局证明了手上的张三的身份证是真的的时候，你就是张三了。兜了一大圈，终于证明了我就是我了。

5.数字证书（CA证书）

互联网中，CA机构就像是公安局，数字证书就是服务器的身份证，证书里包括了证书持有者、证书持有者的公钥等信息，服务器把证书传输给浏览器，证书就如身份证一样，可以证明“该公钥对应该网站”，浏览器从证书里取公钥就行了。
但证书是明文传递的，就像之前的公钥一样，因此需要一个不能伪造的标记证明CA证书的真实性；这里的解决办法和上面的token的做法差不多，CA证书除了有网站的信息的明文外，还会附带有一个由CA机构私钥加密明文内容的签名，这两者共同组成了数字证书。
数字签名的制作过程：
1.CA拥有非对称加密的私钥和公钥。
2.CA对证书明文信息进行hash。
3.对hash后的值用私钥加密，得到数字签名。

浏览器验证过程：
1.拿到证书，得到明文T，数字签名S。
2.用CA机构的公钥对S解密（由于是浏览器信任的机构，所以浏览器保有它的公钥。详情见下文），得到S’。
3.用证书里说明的hash算法对明文T进行hash得到T’。
4.比较S’是否等于T’，等于则表明证书可信。

有一点，CA机构的公钥是否可信的问题，操作系统或浏览器一般会预装一些他们信任的CA机构的数字证书，也就是我们常看到的根证书，根证书则包含了该CA机构的公钥，用于浏览器和该CA机构信任的web服务器通信，类似于一个信任链，浏览器信任根证书里的公钥，发布该公钥的CA机构信任它认证的web服务器。

另外，不知你们是否遇到过网站访问不了、提示要安装证书的情况？这里安装的就是根证书。说明浏览器不认给这个网站颁发证书的机构，也就是没有该机构的根证书，你就得手动下载安装（风险自己承担 : p）。安装该机构的根证书后，你就有了它的公钥，就可以用它验证服务器发来的证书是否可信了。

6.HTTPS协议的会话保持

看完上述基于HTTPS协议加密的通信，会觉得过程很繁琐，如果每次请求在SSL/TLS层进行握手阶段，都要经历一次密钥传输过程会非常耗时，那怎么达到只传输一次呢？用session就行。
服务器会为每个浏览器（或客户端软件）维护一个session ID，在TSL握手阶段传给浏览器，浏览器生成好密钥传给服务器后，服务器会把该密钥存到相应的session ID下，之后浏览器每次请求都会携带session ID，服务器会根据session ID找到相应的密钥并进行解密加密操作，这样就不必要每次重新制作、传输密钥了。

不由得感叹一句，网络安全真的很难得啊 = =