理解HTTPS

01-29

轉自：

一文完全理解HTTPS

http通信有什麼問題呢

1. 可能被竊聽

HTTP 本身不具備加密的功能,HTTP 報文使用明文方式發送
由於互聯網是由聯通世界各個地方的網路設施組成,所有發送和接收經過某些設備的數據都可能被截獲或窺視。(例如大家都熟悉的抓包工具:Wireshark),即使經過加密處理,也會被窺視是通信內容,只是可能很難或者無法破解出報文的信息而已

2. 認證問題

無法確認你發送到的伺服器就是真正的目標伺服器(可能伺服器是偽裝的)
無法確定返回的客戶端是否是按照真實意圖接收的客戶端(可能是偽裝的客戶端)
無法確定正在通信的對方是否具備訪問許可權,Web 伺服器上某些重要的信息，只想發給特定用戶
即使是無意義的請求也會照單全收。無法阻止海量請求下的 DoS 攻擊（Denial of Service，拒絕服務攻擊）。

3. 可能被篡改

請求或響應在傳輸途中，遭攻擊者攔截並篡改內容的攻擊被稱為中間人攻擊（Man-in-the-Middle attack，MITM）。

HTTPS如何解決上述三個問題

HTTPS 只是在通信介面部分用 TLS（Transport Layer Security）協議代替而已。

SSL 和 TLS 的區別:

傳輸層安全性協議（英語：Transport Layer Security，縮寫作 TLS），及其前身安全套接層（Secure Sockets Layer，縮寫作 SSL）是一種安全協議，目的是為互聯網通信，提供安全及數據完整性保障。網景公司（Netscape）在1994年推出首版網頁瀏覽器，網景導航者時，推出HTTPS協議，以SSL進行加密，這是SSL的起源。IETF將SSL進行標準化，1999年公布第一版TLS標準文件。隨後又公布RFC 5246 （2008年8月）與 RFC 6176 （2011年3月）。以下就簡稱SSL

TLS是SSL的標準. HTTPS 就是 HTTP + SSL

SSL 協議

SSL 協議的實現需要用到的幾類演算法

對稱加密

常用的加密演算法:DES、AES ,RC2,RC4

優點：演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。

缺點：交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。

非對稱加密技術

常用的非對稱加密演算法:RSA,DSA,Diffie-Hellman

優點:安全性高

缺點:速度慢

完整性驗證演算法

HASH演算法：MD5，SHA1，SHA256

用作校驗消息的完整性

SSL協議構成

第一層是Record Protocol, 用於定義傳輸格式。
第二層Handshake Protocol,它建立在SSL記錄協議之上,用於在實際的數據傳輸開始前，通訊雙方進行身份認證、協商加密演算法、交換加密密鑰等。

工作方式:

客戶端使用非對稱加密與伺服器進行通信，實現身份驗證並協商對稱加密使用的密鑰，
然後採用協商密鑰對信息進行加密通信，不同的節點之間採用的對稱密鑰不同，從而可以保證對稱密鑰的安全。

SSL密鑰協商的過程如下

點擊查看大圖

來源

詳細描述下流程,主要分為四大步驟(此處略繁瑣,不關注細節的可以先略過):

1. client_hello 過程

客戶端發起請求，以明文傳輸請求信息，包含版本信息，加密套件候選列表，壓縮演算法候選列表，隨機數，擴展欄位等信息，相關信息如下：

版本信息: 支持的最高TSL協議版本version，從低到高依次 SSLv2 SSLv3 TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2，當前基本不再使用低於 TLSv1 的版本
加密套件候選列表(cipher suite): 認證演算法 Au (身份驗證)、密鑰交換演算法 KeyExchange(密鑰協商)、對稱加密演算法 Enc (信息加密)和信息摘要 Mac(完整性校驗);
壓縮演算法候選列表:支持的壓縮演算法 compression methods 列表，用於後續的信息壓縮傳輸;
隨機數:隨機數就是上圖裡的RNc,用於後續生成協商密鑰;
協商數據:支持協議與演算法的相關參數以及其它輔助信息等，常見的 SNI 就屬於擴展欄位，後續單獨討論該欄位作用。

2. server_hello 過程

服務端返回協商的信息結果，包括選擇使用的協議版本version，選擇的加密套件 cipher suite，選擇的壓縮演算法 compression method、隨機數 RNs等，其中隨機數用於後續的密鑰協商;
伺服器證書鏈,用於身份校驗和密鑰交換
通知客戶端server-hello 結束,請求客戶端的證書和密鑰

3. 證書校驗，協商最後通信密鑰

a. 客戶端驗證服務端證書的合法性，如果驗證通過才會進行後續通信，否則根據錯誤情況不同做出提示和操作，合法性驗證包括如下：

證書鏈的可信性 trusted certificate path
證書是否吊銷 revocation
有效期 expiry date，證書是否在有效時間範圍;
域名 domain，核查證書域名是否與當前的訪問域名匹配，匹配規則後續分析;

b. 客戶端發送客戶端證書,公鑰服務端驗證(過程同客戶端驗證)

c. 客戶端hash所有之前的消息,發送hash值和摘要,用客戶端的私鑰加密發送給服務端,服務端用客戶端的公鑰解密,驗證了服務端獲取的客戶端的公鑰和演算法是正確的

d. 客戶端生成pms,用服務端的公鑰加密加密後發送給服務端

e. 客戶端和服務端同時計算出最終會話密鑰(MS)

4. 驗證協商密鑰

a. Client發送ChangeCipherSpec，指示Server從現在開始發送的消息都是加密過的

b. Client發送Finishd，包含了前面所有握手消息的hash，可以讓server驗證握手過程是否被第三方篡改

c. 服務端發送ChangeCipherSpec，指示Client從現在開始發送的消息都是加密過的

d. Server發送Finishd，包含了前面所有握手消息的hash，可以讓client驗證握手過程是否被第三方篡改，並且證明自己是Certificate密鑰的擁有者，即證明自己的身份

HTTPS完整建立連接過程,如下圖

首先建立tcp 握手連接
進行ssl 協議的握手密鑰交換(Handshake protocal)
然後通過共同約定的密鑰開始通信

上文說到的證書是個什麼玩意兒

證書的作用就是,我和服務端通信,我怎麼知道這個服務端是我要真正通信的服務端呢. 打個不恰當的比方:

你在某寶購物,到了結算頁面,你消費了100萬,輸入銀行卡賬號和密碼付款,但是當你付款結束以後,你發現賬戶少了100萬,但是賬戶頁面還是顯示未付款,你去打某寶客服,客服說你被別人盜號了100萬沒支付到我某寶,注意：這裡面存在兩種可能性

一個是有可能遭到了中間人攻擊(用戶名和密碼被黑客截獲)
某寶收了你的錢，假裝不承認,(抵賴)

申請和發放證書流程如下：

服務方 Server 向第三方機構CA提交公鑰、組織信息、個人信息(域名)等信息並申請認證;
CA通過線上、線下等多種手段驗證申請者提供信息的真實性，如組織是否存在、企業是否合法，是否擁有域名的所有權等;
如信息審核通過，CA會向申請者簽發認證文件-證書。證書包含以下信息：申請者公鑰、申請者的組織信息和個人信息、簽發機構 CA的信息、有效時間、證書序列號等信息的明文，同時包含一個簽名; 簽名的產生演算法：首先，使用散列函數計算公開的明文信息的信息摘要，然後，採用 CA的私鑰對信息摘要進行加密，密文即簽名;
客戶端 Client 向伺服器 Server 發出請求時，Server 返回證書文件;
客戶端 Client 讀取證書中的相關的明文信息，採用相同的散列函數計算得到信息摘要，然後，利用對應 CA的公鑰解密簽名數據，對比證書的信息摘要，如果一致，則可以確認證書的合法性，即公鑰合法;
客戶端還會驗證證書相關的域名信息、有效時間等信息; 客戶端會內置信任CA的證書信息(包含公鑰)，如果CA不被信任，則找不到對應 CA的證書，證書也會被判定非法。

證書鏈

伺服器證書 server.pem 的簽發者為中間證書機構 inter，inter 根據證書 inter.pem 驗證 server.pem 確實為自己簽發的有效證書
中間證書 inter.pem 的簽發 CA 為 root，root 根據證書 root.pem 驗證 inter.pem 為自己簽發的合法證書;
客戶端內置信任 CA 的 root.pem 證書，因此伺服器證書 server.pem 的被信任。

伺服器證書、中間證書與根證書在一起組合成一條合法的證書鏈，證書鏈的驗證是自下而上的信任傳遞的過程。

證書的詳細了解,請詳細了解PKI體系

參考資料

詳解 HTTPS、TLS、SSL、HTTP區別和關係
https 那些事兒
WIKI傳輸層安全性協議
圖解TCP/IP
綠盟月刊SSL/TLS/WTLS原理
how tls work
SSL/TLS原理詳解
PKI 基礎知識