HTTPS详解

概述

超文本传输安全协议（HyperText Transfer Protocol Secure，缩写：HTTPS）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，利用SSL/TLS来加密数据包。其主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换资料的隐私与完整性。

了解HTTPS，有助于我们定位和解决日常遇到的网路问题，对HTTPS流程的了解程度，也在一定程度上反映了一个开发人员的网络知识基本功。

加密与签名

Hash

「Hash算法」也被称为散列算法。「Hash算法」没有一个固定的公式，只要符合散列思想的算法都可以被称为是「Hash算法」。

通常无法通过数据的hash值还原出原始数据，不同数据的hash值不同，所以可以用「Hash算法」来校验完整性，检测数据是否完整或者是否有更改。

对称加密

加密与解密使用同样的密钥。

对称加密效率较高，被广泛应用于各种加密协议，然而在通讯前需要将密钥发送给对方，容易导致密钥泄漏。

非对称加密

非对称加密使用了一对密钥：公钥和私钥。私钥只能由一方保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求者。通过公钥加密的数据只能由私钥解开。

相比对称加密而言，非对称加密是十分安全的，但是加密和解密效率却没有对称加密高。

数据签名

数据签名可以理解为：利用非对称加密中的私钥对「数据的 Hash 值」进行加密后的数据。

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签名的验证者使用公钥对数据签名进行解密，并将解密结果与自己计算出的数据的 Hash 值进行比对，结果相同则证明数据完整、签名有效，否则，则认为数据无效。

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在非对称加密中，公钥也能解开私钥加密的数据，然而由于公钥是公开的，所以不能使用私钥加密数据公钥解密的方式通讯，私钥加密被用作对数据进行数字签名，公钥来验证签名。

• 加密过程：公钥加密，私钥解密；
• 数字签名：私钥加密，公钥解密；

数字证书

数字证书用来证明公钥拥有者的身份。
数字证书中包含：拥有者的公钥、拥有者名称、证书颁发者信息、证书信息签名及有效期等

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1、数字签名用来验证证书的是否有效，防止证书信息被篡改

2、证书颁发者指向证书颁发者的数字证书，同样需要验证，这也是为什么客户端需要下载可信任证书或者安装根证书的原因。

SSL/TSL

HTTPS 是基于 HTTP , 在 HTTP 下面提供了一个传输级的密码安全层。

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握手图示

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1） ClientHello

• Client 首先发送本地的 TLS 版本、支持的加密算法套件，并且生成一个随机数 R1 。

2）Server Hello

• Server 端确认 TLS 版本号。从 Client 端支持的加密套件中选取一个，并生成一个随机数 R2 一起发送给 Client。
• Server 向 Client 发动自己的CA证书(包含公钥)、证书签名。

3) 证书校验

• Client 判断证书签名与CA证书是否合法有效
• Client 生成随机数 Pre-Master ，并使用第二步中的公钥对 Pre-Master 进行加密，将加密后的 Pre-Master 送给服务器
  这一步结束后，Client 与 Server 就都有 R1、R2、Pre-Master 了，两端便可以使用这 3 个随机数独立生成对称加密会话密钥了,避免了对称加密密钥的传输,同时可以根据会话密钥生成 6 个密钥（P1~P6）用作后续身份验证

4) Client 握手结束通知

• Client 使用 P1 将之前的握手信息的 hash 值加密并发送给 Server
• Client 发送握手结束消息

5）Server 握手结束通知

• Server 计算之前的握手信息的 hash 值，并与 P1 解密客户端发送的握手信息的 hash 对比校验
• 验证通过后，使用 P2 将之前的握手信息的 hash 值加密并发送给 Client

6) Client 开始HTTPS通讯

• Client 计算之前的握手信息的 hash 值，并与 P2 解密 Server 发送的握手信息的 hash 对比校验
• 验证通过后，开始发起 HTTPS 请求。

拓展

Charles抓包原理

当使用 Charles 抓包时，对服务器来说 Charles 就是客户端，对客户端来说 Charles 就是服务器。

首先，客户端需要信任 Charles 自建的证书。在此基础上客户端与 Charles 完成 HTTPS 握手，Charles 与服务器完成 HTTPS 握手。在通讯时，Charles 使用自己的私钥解密客户端的数据，然后将数据再使用服务的公钥加密转发给服务器，以此完成代理功能。

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参考链接

超详细https握手与数字签名讲解

SSL/TLS协议运行机制的概述

HTTPS执行流程解析

浅谈Charles抓取HTTPS原理