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HTTP協議（二）：HTTPS

發表日期：2018-09 文章編輯：小燈瀏覽次數：2563

HTTPS 協議（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：可以理解為HTTP+SSL/TLS，即 HTTP下加入 SSL 層，HTTPS的安全基礎是 SSL，因此加密的詳細內容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 數據傳輸。

HTTPS和HTTP的區別

HTTPS協議需要到CA申請證書，一般免費證書較少，因而需要一定費用。
HTTP是超文本傳輸協議，信息是明文傳輸，HTTPS則是具有安全性的SSL加密傳輸協議。
HTTP和HTTPS使用的是完全不同的連接方式，用的端口也不一樣，前者是80，后者是443。
HTTP的連接很簡單，是無狀態的；HTTPS協議是由SSL+HTTP協議構建的可進行加密傳輸、身份認證的網絡協議，比HTTP協議安全。

HTTP的不足

竊聽風險：黑客可以獲知通信內容。
篡改風險：黑客可以修改通信內容。
冒充風險：黑客可以冒充他人身份參與通信。

SSL

SSL（Secure Socket Layer，安全套接字層）：1994年為 Netscape 所研發，SSL 協議位于 TCP/IP協議與各種應用層協議之間，為數據通訊提供安全支持。

TLS

TLS（Transport Layer Security）：其前身是SSL，它最初的幾個版本（SSL 1.0、SSL 2.0、SSL 3.0）由網景公司開發，1999年從 3.1開始被IETF 標準化并改名，發展至今已經有 TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2 三個版本。SSL3.0和TLS1.0由于存在安全漏洞，已經很少被使用到。TLS 1.3改動會比較大，目前還在草案階段，目前使用最廣泛的是TLS 1.1、TLS 1.2。

加密算法

對稱加密

對稱加密算法非常簡單，只要加密方和解密方都擁有同一密鑰（可為128，192，256 bit大小的密鑰，密鑰越長，加密解密時間越長，解密難度也越高），即可完成加密解密過程，且假設無法強制對加密過的明文進行解密。

非對稱加密

加密使用的密鑰和解密使用的密鑰是不相同的，分別稱為：公鑰、私鑰，公鑰和算法都是公開的，私鑰是保密的。非對稱加密算法性能較低，但是安全性超強，由于其加密特性，非對稱加密算法能加密的數據長度也是有限的。例如：RSA、DSA、ECDSA、 DH、ECDHE。

哈希算法

將任意長度的信息轉換為較短的固定長度的值，通常其長度要比信息小得多，且算法不可逆。例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等。

數字簽名

簽名就是在信息的后面再加上一段內容（信息經過hash后的值），可以證明信息沒有被修改過。hash值一般都會加密后（也就是簽名）再和信息一起發送，以保證這個hash值不被修改。

HTTP 向 HTTPS 演化的過程

第一步：對傳輸的信息加密

對稱加密

此種方式屬于對稱加密，雙方擁有相同的密鑰，信息得到安全傳輸，但此種方式的缺點是：

不同的客戶端、服務器數量龐大，所以雙方都需要維護大量的密鑰，維護成本很高。
因每個客戶端、服務器的安全級別不同，密鑰極易泄露。

第二步：非對稱加密

非對稱性加密

客戶端用公鑰對請求內容加密，服務器使用私鑰對內容解密，反之亦然，但上述過程也存在缺點：

公鑰是公開的（也就是黑客也會有公鑰），所以第 ④ 步私鑰加密的信息，如果被黑客截獲，其可以使用公鑰進行解密，獲取其中的內容。

第三步：對稱加密，非對稱加密兩者結合

對稱加密，非對稱加密兩者結合

第 ③ 步時，客戶端說：（咱們后續回話采用對稱加密吧，這是對稱加密的算法和對稱密鑰）這段話用公鑰進行加密，然后傳給服務器。
服務器收到信息后，用私鑰解密，提取出對稱加密算法和對稱密鑰后，服務器說：（好的）對稱密鑰加密。
后續兩者之間信息的傳輸就可以使用對稱加密的方式了。

遇到的問題

客戶端如何獲得公鑰？
如何確認服務器是真實的而不是黑客？

第四步：獲取公鑰與確認服務器身份

設想

提供一個下載公鑰的地址，回話前讓客戶端去下載。（缺點：下載地址有可能是假的；客戶端每次在回話前都先去下載公鑰也很麻煩）。
回話開始時，服務器把公鑰發給客戶端（缺點：黑客冒充服務器，發送給客戶端假的公鑰）。

SSL 證書

SSL

在第 ② 步時服務器發送了一個SSL證書給客戶端，SSL證書中包含的具體內容有：
- 證書的發布機構CA
- 證書的有效期
- 公鑰
- 證書所有者
- 簽名

瀏覽器認證

客戶端在接受到服務端發來的SSL證書時，會對證書的真偽進行校驗，以瀏覽器為例說明如下

首先瀏覽器讀取證書中的證書所有者、有效期等信息進行一一校驗。
瀏覽器開始查找操作系統中已內置的受信任的證書發布機構CA，與服務器發來的證書中的頒發者CA比對，用于校驗證書是否為合法機構頒發。
如果找不到，瀏覽器就會報錯，說明服務器發來的證書是不可信任的。
如果找到，那么瀏覽器就會從操作系統中取出頒發者CA的公鑰，然后對服務器發來的證書里面的簽名進行解密。
瀏覽器使用相同的hash算法計算出服務器發來的證書的hash值，將這個計算的hash值與證書中簽名做對比。
對比結果一致，則證明服務器發來的證書合法，沒有被冒充。
此時瀏覽器就可以讀取證書中的公鑰，用于后續加密了。

HTTPS 缺點：

SSL證書費用很高，以及其在服務器上的部署、更新維護非常繁瑣。
HTTPS 降低用戶訪問速度（多次握手）。
網站改用HTTPS以后，由HTTP跳轉到HTTPS的方式增加了用戶訪問耗時（多數網站采用302跳轉）。
HTTPS涉及到的安全算法會消耗 CPU 資源，需要增加大量機器（HTTPS訪問過程需要加解密）。

HTTPS 的工作流程

客戶端在使用HTTPS方式與Web服務器通信時有以下幾個步驟：

HTTPS 的工作流程

客戶使用HTTPS的URL訪問Web服務器，要求與Web服務器建立SSL連接。
Web服務器收到客戶端請求后，會將網站的證書信息（證書中包含公鑰）傳送一份給客戶端。
客戶端的瀏覽器與Web服務器開始協商SSL連接的安全等級，也就是信息加密的等級。
客戶端的瀏覽器根據雙方同意的安全等級，建立會話密鑰，然后利用網站的公鑰將會話密鑰加密，并傳送給網站。
Web服務器利用自己的私鑰解密出會話密鑰。
Web服務器利用會話密鑰加密與客戶端之間的通信。

參考文章

【HTTP】HTTPS 原理詳解
看圖學HTTPS
HTTPS 的故事
白話https
手把手HTTPS

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