HTTPS 的工作原理

我们为什么需要HTTPS？

主要有三个原因：

1. 保护隐私(Privacy)：所有信息都是加密传播，第三方无法窃听数据。如果使用HTTP明文传输数据的话，很可能被第三方劫持数据，那么所输入的密码或者其他个人资料都被暴露在他人面前，后果可想而知。
   
   
2. 数据完整性(Integraty)：一旦第三方篡改了数据，接收方会知道数据经过了篡改，这样便保证了数据在传输过程中不被篡改 —— 数据的完整性。
   
   
3. 身份认证(Identification)：第三方不可能冒充身份参与通信，因为服务器配备了由证书颁发机构（Certificate Authority，简称CA）颁发的安全证书，可以证实服务器的身份信息，防止第三方冒充身份。（也有少数情况下，通信需要客户端提供证书，例如银行系统，需要用户在登录的时候，插入银行提供给用户的USB，就是需要客户端提供证书，用来验证客户的身份信息。）

HTTPS是什么？SSL/TLS是什么？

• HTTP协议(HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)是大家最熟悉的一种协议，它是一个用于传输超媒体文档的协议，它位于OSI网络协议模型的应用层。但是它是明文传输协议，是非常不安全的，容易被人篡改和窃取数据。
  
  
• SSL(Secure Socket Layer) —— 网景(Netscape)公司设计的主要用于web的安全传输协议。它位于TCP传输层协议和应用层协议之间。（它没有被划分在OSI网络协议模型中，且认为它是应用层的子层。）
  
  
• 众所周知，网景公司20世纪90年代在和微软的竞争中最终败下阵来，之后网景公司将SSL协议的管理权转交给IETF(Internet Engineering Task Force, www.ietf.org)。于是IETF将SSL作了标准化，重新命名为TLS(Transport Layer Security)。在1999年，TLS 1.0诞生了（其实也就是SSL 3.1）。
  
  
• HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure)是建立在SSL/TLS协议之上，信息通信通过SSL/TLS进行加密，最后一个S就是Secure的缩写，代表安全的意思，HTTPS = HTTP + SSL/TLS。

SSL/TLS发展史

• 实际上现代的浏览器已经基本不使用SSL，使用的都是TLS，SSL 3.0于2015年已经寿终正寝 —— 各大浏览器也不支持了。但是由于SSL这个术语存在的时间太长，很多地方还是广泛的使用它，但是要清楚其实它说的是TLS。
  
  
• 有调查显示现在绝大部分浏览器（> 99.5%)都使用TLS 1.2或者TLS 1.3。只有不足1%的浏览器仍然使用TLS 1.0或者TLS 1.1。
  
  
• TLS 1.2仍然是主流协议（本文写于2020年初），相信将来逐渐TLS 1.3将会作为主流协议。
  
  
• 很多浏览器将会开始不支持TLS 1.0和1.1:


• Google将在Chrome 72中不推荐使用TLS 1.0和1.1，而Chrome 81之后将会完全不支持。
  
  
• Mozilla的Firefox，微软的Edge和IE以及苹果的Safari都会分别于2020年逐渐移除对TLS 1.0和1.1的支持。
  
  
• 那么一些还在使用TLS 1.0和1.1的网站就得被迫升级到TLS 1.2或者TLS 1.3。
  
  
• 要关闭浏览器对TLS 1.0和1.1的支持，可以在Internet选项中修改：
  
  

SSL/TLS的工作原理

• 对称加密：通信双方使用相同的密钥进行加密。特点是加密速度快，但是缺点是需要保护好密钥，如果密钥泄露的话，那么加密就会被别人破解。常见的对称加密有AES，DES算法。
  
  
• 非对称加密：它需要生成两个密钥：公钥(Public Key)和私钥(Private Key)。公钥顾名思义是公开的，任何人都可以获得，而私钥是私人保管的。相信大多程序员已经对这种算法很熟悉了：我们提交代码到github的时候，就可以使用SSH key：在本地生成私钥和公钥，私钥放在本地.ssh目录中，公钥放在github网站上，这样每次提交代码，不用麻烦的输入用户名和密码了，github会根据网站上存储的公钥来识别我们的身份。公钥负责加密，私钥负责解密；或者，私钥负责加密，公钥负责解密。这种加密算法安全性更高，但是计算量相比对称加密大很多，加密和解密都很慢。常见的非对称算法有RSA。

• 客户端支持的SSL/TLS版本
  
  
• 客户端支持的加密套件(Cipher Suites)
  
  
• 会话Idsession id（如果有的值的话，服务器端会复用对应的握手信息，避免短时间内重复握手）
  
  
• 随机数client-random

延伸阅读：

加密套件名如：“TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA256”，这么长的名字看着有点晕吧，不用怕，其实它的命名非常规范，格式很固定。基本的形式是“密钥交换算法-服务身份验证算法-对称加密算法-握手校验算法”。

握手过程中，证书签名使用的RSA算法，如果证书验证正确，再使用ECDHE算法进行密钥交换，握手后的通信使用的是AES256的对称算法分组模式是GCM。验证证书签名合法性使用SHA256作哈希算法检验。相关的算法的用处将在后文中详解。

• 服务器所能支持的最高SSL/TLS版本
  
  
• 服务器选择的加密套件
  
  
• 随机数server-random
  
  
• 会话Idsession id(用于下次复用当前握手的信息，避免短时间内重复握手。)

这样就免受中间人攻击了，因为假如有中间人修改了证书的内容（如将证书中的公钥替换成自己的公钥），那么将获得不同的哈希值，从而两个哈希值不匹配导致验证失败。如果要绕过这个机制，中间人必须要也替换签名，使签名也相匹配。而做到这一点就需要破解到了根证书的密钥（而这是不可能的，中间人必然会失败）。浏览器会出现以下画面，告诉你正在遭受中间人攻击，因为证书被篡改了：