HTTPS是如何保证安全的

2020-07-17 10:34:29 浏览数 (1)

HTTP存在的问题

  1. 窃听风险：通信使用明文（不加密），内容可能会被窃听(第三方可能获知通信内容)
  2. 冒充风险：不验证通信方的身份，因此有可能遭遇伪装
  3. 篡改风险：无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改

HTTPS

HTTPS网站

可以看到 HTTPS的网站，在浏览器的地址栏内会出现一个带锁的标记。

HTTPS并非是应用层一个新的协议，通常 HTTP 直接和 TCP 通信，HTTPS则先和安全层（SSL/TLS）通信，然后安全层再和 TCP 层通信。

HTTPS

SSL/TLS协议就是为了解决上面提到的HTTP存在的问题而生的，下面我们来看一下它是怎么解决的:

  1. 所有的信息都是加密传输的，第三方无法窃听
  2. 配备身份验证，防止身份被冒充
  3. 具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现

加密

对称加密

加密和解密同用一个秘钥的方式称为 共享秘钥加密，也被叫做对称秘钥加密。

对称加密

  • 浏览器发送给服务端 client_random 和一系列加密方法
  • 服务端发送给浏览器 server_random和加密方法

现有浏览器和服务器有了三个相同的凭证：client_random、server_random和加密方法 用加密方法把 client_random、server_random 两个随机数混合起来，生成秘钥，这个密钥就是浏览器和服务端通信的暗号。

存在的问题：第三方可以在中间获取到client_random、server_random和加密方法，由于这个加密方法同时可以解密，所以中间人可以成功对暗号进行解密，拿到数据，很容易就将这种加密方式破解了。

非对称加密

非对称加密

  • 浏览器发送给服务端 一系列加密方法
  • 服务端发送给浏览器 加密方法以及公钥

之后浏览器通过公钥将数据加密传输给服务端，服务端收到数据使用私钥进行解密。服务端给浏览器发送数据，则使用私钥进行加密，浏览器收到服务端发送过来的数据，使用公钥进行解密。

存在的问题：

  1. 非对称加密效率太低， 这会严重影响加解密的速度，进而影响到用户打开页面的速度。
  2. 无法保证服务器发送给浏览器的数据安全， 服务器的数据只能用私钥进行加密(因为如果它用公钥那么浏览器也没法解密啦)，中间人一旦拿到公钥，那么就可以对服务端传来的数据进行解密了，就这样又被破解了。

HTTPS使用对称加密和非对称加密结合

传输数据阶段依然使用对称加密，但是对称加密的秘钥我们采用非对称加密传输。

HTTPS加密

  • 浏览器向服务器发送client_random和加密方法列表。
  • 服务器接收到，返回server_random、加密方法以及公钥。
  • 浏览器接收，接着生成另一个随机数pre_master, 并且用公钥加密，传给服务器。(重点操作！)
  • 服务器用私钥解密这个被加密后的pre_master。

到此为止，服务器和浏览器就有了相同的 client_random、server_random 和 pre_master, 然后服务器和浏览器会使用这三组随机数生成对称秘钥。有了对称秘钥之后，双方就可以使用对称加密的方式来传输数据了。

CA (数字证书)

使用对称和非对称混合的方式，实现了数据的加密传输。但是这种仍然存在一个问题，服务器可能是被黑客冒充的。这样，浏览器访问的就是黑客的服务器，黑客可以在自己的服务器上实现公钥和私钥，而对浏览器来说，它并不完全知道现在访问的是这个是黑客的站点。

服务器需要证明自己的身份，需要使用权威机构颁发的证书，这个权威机构就是 CA（Certificate Authority）， 颁发的证书就称为数字证书 (Digital Certificate)。

对于浏览器来说，数字证书有两个作用：

  1. 通过数字证书向浏览器证明服务器的身份
  2. 数字证书里面包含了服务器公钥

下面我们来看一下含有数字证书的HTTPS的请求流程

含有数字证书的HTTPS的请求流程

相对于不含数字证书的HTTPS请求流程，主要以下两点改动

  1. 服务器没有直接返回公钥给浏览器，而是返回了数字证书，而公钥正是包含数字证书中的；
  2. 在浏览器端多了一个证书验证的操作，验证了证书之后，才继续后序流程。

参考

  • 如何用通俗易懂的话来解释非对称加密?[1]
  • 十分钟搞懂HTTP和HTTPS协议？[2]
  • HTTPS 原理分析——带着疑问层层深入[3]
  • 图解HTTP[4]
  • 浏览器工作原理与实践[5]

参考资料

[1]

如何用通俗易懂的话来解释非对称加密?: https://www.zhihu.com/question/33645891

[2]

十分钟搞懂HTTP和HTTPS协议？: https://zhuanlan.zhihu.com/p/72616216

[3]

HTTPS 原理分析——带着疑问层层深入: https://www.cnblogs.com/leap/p/11953836.html

[4]

图解HTTP: https://book.douban.com/subject/25863515/

[5]

浏览器工作原理与实践: https://time.geekbang.org/column/article/156181

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