Https原理及流程

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我們知道，HTTP請求都是明文傳輸的，所謂的明文指的是沒有經過加密的信息，如果HTTP請求被黑客攔截，並且裏面含有銀行卡密碼等敏感數據的話，會非常危險。爲了解決這個問題，Netscape 公司制定了HTTPS協議，HTTPS可以將數據加密傳輸，也就是傳輸的是密文，即便黑客在傳輸過程中攔截到數據也無法破譯，這就保證了網絡通信的安全。

密碼學基礎

在正式講解HTTPS協議之前，我們首先要知道一些密碼學的知識。

明文： 明文指的是未被加密過的原始數據。

密文：明文被某種加密算法加密之後，會變成密文，從而確保原始數據的安全。密文也可以被解密，得到原始的明文。

密鑰：密鑰是一種參數，它是在明文轉換爲密文或將密文轉換爲明文的算法中輸入的參數。密鑰分爲對稱密鑰與非對稱密鑰，分別應用在對稱加密和非對稱加密上。

對稱加密：對稱加密又叫做私鑰加密，即信息的發送方和接收方使用同一個密鑰去加密和解密數據。對稱加密的特點是算法公開、加密和解密速度快，適合於對大數據量進行加密，常見的對稱加密算法有DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC5和IDEA。
其加密過程如下：明文 + 加密算法 + 私鑰 => 密文
解密過程如下：密文 + 解密算法 + 私鑰 => 明文
對稱加密中用到的密鑰叫做私鑰，私鑰表示個人私有的密鑰，即該密鑰不能被泄露。
其加密過程中的私鑰與解密過程中用到的私鑰是同一個密鑰，這也是稱加密之所以稱之爲“對稱”的原因。由於對稱加密的算法是公開的，所以一旦私鑰被泄露，那麼密文就很容易被破解，所以對稱加密的缺點是密鑰安全管理困難。

非對稱加密：非對稱加密也叫做公鑰加密。非對稱加密與對稱加密相比，其安全性更好。對稱加密的通信雙方使用相同的密鑰，如果一方的密鑰遭泄露，那麼整個通信就會被破解。而非對稱加密使用一對密鑰，即公鑰和私鑰，且二者成對出現。私鑰被自己保存，不能對外泄露。公鑰指的是公共的密鑰，任何人都可以獲得該密鑰。用公鑰或私鑰中的任何一個進行加密，用另一個進行解密。
被公鑰加密過的密文只能被私鑰解密，過程如下：
明文 + 加密算法 + 公鑰 => 密文， 密文 + 解密算法 + 私鑰 => 明文
被私鑰加密過的密文只能被公鑰解密，過程如下：
明文 + 加密算法 + 私鑰 => 密文， 密文 + 解密算法 + 公鑰 => 明文
由於加密和解密使用了兩個不同的密鑰，這就是非對稱加密“非對稱”的原因。
非對稱加密的缺點是加密和解密花費時間長、速度慢，只適合對少量數據進行加密。
在非對稱加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC（橢圓曲線加密算法）等。

HTTPS通信過程

HTTPS協議 = HTTP協議 + SSL/TLS協議，在HTTPS數據傳輸的過程中，需要用SSL/TLS對數據進行加密和解密，需要用HTTP對加密後的數據進行傳輸，由此可以看出HTTPS是由HTTP和SSL/TLS一起合作完成的。

SSL的全稱是Secure Sockets Layer，即安全套接層協議，是爲網絡通信提供安全及數據完整性的一種安全協議。SSL協議在1994年被Netscape發明，後來各個瀏覽器均支持SSL，其最新的版本是3.0

TLS的全稱是Transport Layer Security，即安全傳輸層協議，最新版本的TLS（Transport Layer Security，傳輸層安全協議）是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務組）制定的一種新的協議，它建立在SSL 3.0協議規範之上，是SSL 3.0的後續版本。在TLS與SSL3.0之間存在着顯著的差別，主要是它們所支持的加密算法不同，所以TLS與SSL3.0不能互操作。雖然TLS與SSL3.0在加密算法上不同，但是在我們理解HTTPS的過程中，我們可以把SSL和TLS看做是同一個協議。

HTTPS爲了兼顧安全與效率，同時使用了對稱加密和非對稱加密。數據是被對稱加密傳輸的，對稱加密過程需要客戶端的一個密鑰，爲了確保能把該密鑰安全傳輸到服務器端，採用非對稱加密對該密鑰進行加密傳輸，總的來說，對數據進行對稱加密，對稱加密所要使用的密鑰通過非對稱加密傳輸。

以下圖片來自於limboy的博客

HTTPS在傳輸的過程中會涉及到三個密鑰：

1. 服務器端的公鑰和私鑰，用來進行非對稱加密

2. 客戶端生成的隨機密鑰，用來進行對稱加密

一個HTTPS請求實際上包含了兩次HTTP傳輸，可以細分爲8步。

1. 客戶端向服務器發起HTTPS請求，連接到服務器的443端口

2. 服務器端有一個密鑰對，即公鑰和私鑰，是用來進行非對稱加密使用的，服務器端保存着私鑰，不能將其泄露，公鑰可以發送給任何人。

3. 服務器將自己的公鑰發送給客戶端。

4. 客戶端收到服務器端的公鑰之後，會對公鑰進行檢查，驗證其合法性，如果發現發現公鑰有問題，那麼HTTPS傳輸就無法繼續。嚴格的說，這裏應該是驗證服務器發送的數字證書的合法性，關於客戶端如何驗證數字證書的合法性，下文會進行說明。如果公鑰合格，那麼客戶端會生成一個隨機值，這個隨機值就是用於進行對稱加密的密鑰，我們將該密鑰稱之爲client key，即客戶端密鑰，這樣在概念上和服務器端的密鑰容易進行區分。然後用服務器的公鑰對客戶端密鑰進行非對稱加密，這樣客戶端密鑰就變成密文了，至此，HTTPS中的第一次HTTP請求結束。

5. 客戶端會發起HTTPS中的第二個HTTP請求，將加密之後的客戶端密鑰發送給服務器。

6. 服務器接收到客戶端發來的密文之後，會用自己的私鑰對其進行非對稱解密，解密之後的明文就是客戶端密鑰，然後用客戶端密鑰對數據進行對稱加密，這樣數據就變成了密文。

7. 然後服務器將加密後的密文發送給客戶端。

8. 客戶端收到服務器發送來的密文，用客戶端密鑰對其進行對稱解密，得到服務器發送的數據。這樣HTTPS中的第二個HTTP請求結束，整個HTTPS傳輸完成。