-九个问题从入门到熟悉HTTPS

柔情只为你懂 2022-06-16 13:36 168阅读 0赞

Q1: 什么是 HTTPS？

一: HTTPS 是安全的 HTTP

HTTP 协议中的内容都是明文传输，HTTPS 的目的是将这些内容加密，确保信息传输安全。最后一个字母 S 指的是 SSL/TLS 协议，它位于 HTTP 协议与 TCP/IP 协议中间。

Q2: 你说的信息传输安全是什么意思

BS: 信息传输的安全有三个方面:

客户端和服务器直接的通信只有自己能看懂，即使第三方拿到数据也看不懂这些信息的真实含义。

第三方虽然看不懂数据，但可以 XJB 改，因此客户端和服务器必须有能力判断数据是否被修改过。

客户端必须避免中间人攻击，即除了真正的服务器，任何第三方都无法冒充服务器。

很遗憾的是，目前的 HTTP 协议还不满足上述三条要求中的任何一条。

Q3: 这么多要求，一个一个去满足是不是很累？

BS: 不累，第三个要求可以不用管

是的，我没开玩笑，你可以暂时别管第三个要求，因为它实际上隶属于第一个需求。我们都知道加密需要密码，密码不是天下掉下来，也得需要双方经过通信才能协商出来。所以一个设计良好的加密机制必然会防止第三者的干扰和伪造。等搞明白了加密的具体原理，我们自然可以检验是否满足:“任何第三者无法冒充服务器”这一要求。

Q4: 那怎么加密信息呢

BS: 使用对称加密技术

对称加密可以理解为对原始数据的可逆变换。比如Hello可以变换成Ifmmp，规则就是每个字母变成它在字母表上的后一个字母，这里的秘钥就是1，另一方拿到Ifmmp就可以还原成原来的信息Hello了。

引入对称加密后，HTTPS 的握手流程就会多了两步，用来传递对称加密的秘钥:

客户端: 你好，我需要发起一个 HTTPS 请求

服务器: 好的，你的秘钥是1。

提到了对称加密，那么自然还有非对称加密。它的思想很简单，计算两个质数的乘积很容易，但反过来分解成两个质数的乘积就很难，要经过极为复杂的运算。非对称加密有两个秘钥，一个是公钥，一个是私钥。公钥加密的内容只有私钥可以解密，私钥加密的内容只有公钥可以解密。一般我们把服务器自己留着，不对外公布的密钥称为**私钥**，所有人都可以获取的称为**公钥**。

使用对称加密一般要比非对称加密快得多，对服务器的运算压力也小得多。

Q5: 对称秘钥如何传输

服务器直接返回明文的对称加密密钥是不是不安全。如果有监听者拿到这个密钥，不就知道客户端和服务器后续的通信内容了么？

BS: 利用非对称加密

是这样，所以不能明文传递对称秘钥，而且也不能用一个新的对称加密算法来加密原来的对称秘钥，否则新的对称秘钥同样无法传输，这就是鸡生蛋、蛋生鸡的悖论。

这里我们引入非对称加密的方式，非对称加密的特性决定了服务器用私钥加密的内容并不是**真正的加密**，因为公钥所有人都有，所以服务器的密文能被所有人解析。但私钥只掌握在服务器手上，这就带来了两个巨大的优势:

服务器下发的内容不可能被伪造，因为别人都没有私钥，所以无法加密。强行加密的后果是客户端用公钥无法解开。

任何人用公钥加密的内容都是绝对安全的，因为私钥只有服务器有，也就是只有真正的服务器可以看到被加密的原文。

所以传输对称秘钥的问题就迎刃而解了: 秘钥不是由服务器下发，而是由客户端生成并且主动告诉服务器。

所以当引入非对称加密后，HTTPS 的握手流程依然是两步，不过细节略有变化:

客户端: 你好，我需要发起一个 HTTPS 请求，这是我的 (用公钥加密后的) 秘钥。

服务器: 好的，我知道你的秘钥了，后续就用它传输。

Q5: 那公钥怎么传输

你好像还是没有解决鸡生蛋，蛋生鸡的问题。你说客户端发送请求时要用公钥加密对称秘钥，那公钥怎么传输呢？

BS: 对公钥加密就行了。。。

每一个使用 HTTPS 的服务器都必须去专门的证书机构注册一个证书，证书中存储了用权威机构私钥加密的公钥。这样客户端用权威机构的公钥解密就可以了。

现在 HTTPS 协议的握手阶段变成了四步:

客户端: 你好，我要发起一个 HTTPS 请求，请给我公钥

服务器: 好的，这是我的证书，里面有加密后的公钥

客户端: 解密成功以后告诉服务器: 这是我的 (用公钥加密后的) 对称秘钥。

服务器: 好的，我知道你的秘钥了，后续就用它传输。

Q6: 你在逗我么。。。。

那权威机构的公钥又怎么传输？

BS: 存在电脑里

这个公钥不用传输，会直接内置在各大操作系统(或者浏览器)的出厂设置里。之所以不把每个服务器的公钥内置在电脑里，一方面是因为服务器太多，存不过来。另一方面操作系统也不信任你，凭什么你说你这个就是百度/淘宝的证书呢？

所以各个公司要先去权威机构认证，申请证书，然后操作系统只会存储权威机构的公钥。因为权威机构数量有限，所以操作系统厂商相对来说容易管理。如果这个权威机构不够权威，XJB 发证书，就会取消他的资格，比如可怜的沃通。。。。

Q7: 怎么知道证书有没有被篡改？

你说服务器第一次会返回证书，也就是加密以后的公钥，那我怎么知道这个证书是可靠的？

BS: 将信息 hash 值随着信息一起传递

我们都知道哈希算法的特点，它可以压缩数据，如果从函数角度来看，不管多复杂的数据(定义域可以非常大)经过哈希算法都会得到一个值，而且这个值处在某个特定(远小于定义域的范围)值域内。相同数据的哈希结果一定相同，不相同数据的哈希结果一般不同，不过也有小概率会重复，这叫哈希冲突。

为了确保原始证书没有被篡改，我们可以在传递证书的同时传递证书的哈希值。由于第三者无法解析数据，只能 XJB 改，那么修改后的数据在解密后，就不可能通过哈希。

比如说公钥就是之前的例子Hello，我们假设哈希算法是获取字符串的最后一个字符，那么Hello的哈希值就是o，所以加密字符串是Ifmmpp。虽然公钥已知，每个人都可以解密，解密完也可以篡改，但是因为没有私钥， 所以无法正确的加密。所以它再返回给客户端的数据是无效数据，用公钥解析后会得到乱码。即使攻击者通过多次尝试碰巧能够解析，也无法通过哈希校验。

Q8: 这样可以防止第三方冒充服务器么

BS: 也许可以

首先真正的服务器下发的内容，无法被别人篡改。他们有权威机构的公钥，所以可以解密，但是因为没有私钥，所以解密以后的信息无法加密。没有加密或者错误加密的信息被客户端用公钥解密以后，必然无法通过哈希校验。

但是，如果你一开始请求的就不是真的服务器，而是一个攻击者，此时的他完全有机会进行中间人攻击。我们知道第一次握手的时候服务器会下发用于证明自己身份的证书，这个证书会用预设在设备上的公钥来解密。所以要么是经过认证的证书用权威机构的私钥加密，再用权威机构解密，要么是用非权威机构的私钥加密，然后找不到公钥解密。

所以如果不小心安装过非权威机构的根证书，比如黑客提供的恶意证书，这时候设备上就多了一个预设的公钥，那么用恶意私钥加密的证书就能被正常解析出来。所以千万不要随便装根证书，这等于是为那些恶意证书留了一扇门。

当然，凡是都有两面性。我们知道 Charles 可以调试 HTTPS 通信，它的原理就是需要用户安装 Charles 的根证书，然后我们的请求会被代理到 Charles 服务器，它下发的 Charles 证书才能被正确解析。另一方面，Charles 会作为客户端，从真正的服务器哪里拿到正确的 https 证书并用于后续通信。幸好 Charles 不是流氓软件，或者它的私钥一旦泄露，对用户都会造成很大的影响。

我可以举一个例子，证书有多个种类，最贵的叫 EV (Extended Validation)，它需要公司营业执照等多个文件才能申请人工审核，好处也很明显，可以在浏览器地址栏左侧准确显示公司名称，比如[Bitbucket 的官网][Bitbucket]:

![1240][]

EV 证书左侧的名字

这是客户端直连时候的正常现象。但如果你用 Charles 代理，客户端拿到的是 Charles 证书，所以会变成:

![1240 1][]

代理模式下无法显示

Q9: HTTPS 握手会影响性能么

TCP 有三次握手，再加上 HTTPS 的四次握手，会不会影响性能？

BS: 影响肯定有，但是可以接受

首先，HTTPS 肯定会更慢一点，时间主要花费在两组 SSL 之间的耗时和证书的读取验证上，对称算法的加解密时间几乎可以忽略不计。

而且如果不是首次握手，后续的请求并不需要完整的握手过程。客户端可以把上次的加密情况直接发送给服务器从而快速恢复，具体细节可以参考[图解SSL/TLS协议][SSL_TLS]。

除此以外，SSL 握手的时间并不是只能用来传递加密信息，还可以承担起客户端和服务器沟通 HTTP2 兼容情况的任务。因此从 HTTPS 切换到 HTTP2.0 不会有任何性能上的开销，反倒是得益于 HTTP2.0 的多路复用等技术，后续可以节约大量时间。

如果把 HTTPS2.0 当做目标，那么 HTTPS 的性能损耗就更小了，远远比不上它带来的安全性提升。

[Bitbucket]: https://bitbucket.org/
[1240]: /images/20220616/33110cd652f844c1a3e9f65d74e35840.png
[1240 1]: /images/20220616/273a812ad93a4d0cb69b1eb0eac45c40.png
[SSL_TLS]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/09/illustration-ssl.html