用故事說透HTTPS

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故事中的主演:
故事主演
小華今年上大一,這是她第一次離開父母,獨自一人到北京上學。今天媽媽的生日,想了想要給媽媽一個祝福,便給媽媽發了條消息:
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媽媽收到這條消息非常開心,女兒這麼忙還能記得自己的生日,兩個人便開始聊了起來。媽媽知道女兒一直省吃儉用,決定給女兒打點錢過去。
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小黑是個黑客,專搞一些“偷雞摸狗”的事情,他已經監聽了這對母女的對話。一直看着她們嘮家常,都快睡着了。
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直到看到母女提到錢的事情,立馬打起精神,決定搞一筆。然後他截獲了小華的消息,替換成自己精心準備的內容給小華的媽媽發過去了。
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小華的媽媽隨後就把錢打給了小華,未曾想到母女二人的聊天內容盡在小黑的掌控之中。小黑拿到錢後就逃之夭夭了。

HTTP 協議是建立在 TCP 之上的,TCP 是否安全決定了 HTTP 是否安全。HTTP的報文內容並未加密,容易被監聽和篡改。小黑就監聽了母女二人的聊天內容,並對內容進行了篡改,僞裝成女兒進行聊天。所以 HTTP 有以下 3 個問題:
1.內容未加密,容易被監聽,都是明文傳輸;
2.無法驗證內容的完整性,容易被篡改,也就是說不知道消息是不是被修改過;
3.無法驗證對方的身份,我現在聊天的人是誰,可靠嗎?

小華被騙後,心裏很難過,把這件事告訴了她的計算機老師王大強。王老師聽到被騙的經歷,感到非常驚訝,消息爲什麼會被篡改呢!立馬查看了她們使用的聊天軟件,原來這個軟件直接使用的是 TCP 協議,沒有做安全措施。

研究完軟件後,大強對小華說:“這款軟件有問題,以後別用了,要用具有安全措施的軟件,比如使用 TLS/SSL 協議的軟件”。

小華說:“什麼是 TLS/SSL 呢?”。大強看到小華誠懇的表情,決定把 HTTPS 的原理告訴她,但是想到她可能理解不了,然後決定剖析一下她和媽媽被騙的場景。

既然小華和她媽媽的聊天內容是明文傳輸的,那直接把內容加密不就完事了嗎。小華和她媽媽就約定了一個密碼,所有的內容都通過這個密碼進行加密和解密。
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這種加密方式稱爲對稱加密,加密解密都是通過同一個密碼來操作,所以需要保證密碼的安全,一旦泄露,後果很嚴重

小華立馬覺察到事情的不妙,密碼如何才能傳給她媽媽呢。只能雙方見面後來約定一個密碼。但是她想到遠在美國的爸爸,如果向他要錢的話,需要飛往美國把密碼告訴他。這太麻煩了。

王大強老師說:“別急,還有更好的方法”。那就使用兩個密鑰,一個用來加密(稱爲公鑰),另一個用來解密(稱爲私鑰),使用公鑰加密過的內容,只能通過私鑰進行解密。私鑰只有自己有,公鑰可以丟給別人。
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小華和媽媽,只把公鑰交給對方就行。小華給媽媽發消息的時候,用媽媽的公鑰進行加密,私鑰只有媽媽有,也就是說只有媽媽能解密。

這種加密方式稱爲非對稱加密,會有二個鑰匙,一個鑰匙加密過的內容只能通過另一個鑰匙進行解密。至於爲啥要說公鑰加密私鑰解密,雖然兩個鑰匙都可以進行加密解密,但是公鑰加密私鑰解密這種說法不是更好理解嗎? 公鑰被人都知道,私鑰只有自己知道

小華想了想覺得還是有點不安全,假如她和媽媽進行交換公鑰的時候,被小黑監聽了。

小華把自己的公鑰 xiaohua_pub 發給媽媽,中途被小黑掉包了,小黑把自己的公鑰 xiaohei_pub 發給了小華的媽媽。這樣小華媽媽發消息的時候就使用了小黑的公鑰進行了加密,小黑獲取到消息表可以用自己的私鑰進行解密。
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媽媽發送自己的公鑰給小華的時候也被小黑掉包了,這時小黑就有了雙方的公鑰。
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小黑監聽到小華要求媽媽打錢的消息,對消息進行了篡改。
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王大強老師聽完小華的疑慮,豎起了大拇指,說道:“別急,聽我慢慢解釋”。

現在的問題是出在交換公鑰的時候被小黑調包了,那接下來就需要解決這個問題。如何才能把公鑰安全地送到對方手上。

這似乎是永遠解不了的問題,畢竟公鑰始終是要經過傳輸的。這似乎是一個雞生蛋蛋生雞的問題。後來小華想了想他平時網上購物的時候,以前總是擔心怕付款了,商家跑路不給發貨,自從有了淘寶這個第三方機構,畢竟阿里家大業大,值得信賴,即使商家跑路了可以找淘寶。

後來就出現了關於公鑰的認證機構,這些認證機構很少,但非常權威,它會和電腦、瀏覽器等廠商達成信任關係,提前把認證機構的公鑰安裝到系統中,這樣就不會涉及到傳輸的問題了。
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在聊天的過程中,小華髮現消息發送和接收的時候很慢,後來發現因爲是加密算法耗費比較長的時間。小華想了想,使用對稱加密的時候,唯一的缺點是交換祕鑰比較麻煩,但是速度非常快。那麼可以通過非對稱加密來傳輸對稱加密的密鑰,密鑰傳輸成功後,使用對稱加密來加密消息。
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HTTP 屬於應用層協議,HTTPS 並不是一個新的協議,它只是比 HTTP 協議多了一層(TLS/SSL)來保證數據傳輸安全。TLS/SSL也屬於協議,它的主要作用是保證數據傳輸安全。大多數使用的是 OpenSSL 來實現,比如 Node 中的 TLS 就是基於 OpenSSL 實現的
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本文以故事的形式介紹了 HTTP 的不安全,保證 HTTPS 安全性的背後支持,包含數字證書、數字簽名、對稱加密、非對稱加密的概念,當然光有理論還不行,需要實踐才能更好地理解。大家加油。

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