Https之秘钥交换过程分析

一、概念回顾

A <------M------> B 场景：A、B两个人之间通讯，A传输信息M给B，假定是在不安全的通路上传输。

1.明文传输

被中间人C拦截下来，可以随意篡改A发送给B的消息，且可以冒名顶替A直接与B通信。

2.对称加密

加密和解密为同一秘钥。

除非A和B面对面，找个小角落窃窃私语约定秘钥，况且在现实生活中，躲在小房子里面的小声说话，也有可能被别人听见，隔墙有耳大家应该都听过吧。因为是网络传输，秘钥需要在网络上传输给对方，在不安全的信道上倘若被C截获到对称秘钥，那么仍然会出现数据被中间人篡改和冒名顶替的问题。

3.非对称加密

A生成公钥和私钥，私钥是自己用的保留在本地不再在网络上进行传输，公钥是分发给其他人用的，随便传输给其他人（一般是下发的证书中包含公钥然后返回给请求者），因为公钥私钥是一对，私钥加密的只有公钥才能够解密，若能成功解密（则证明跟你交互的那个人是当初给你公钥的那个人）。 A给B发消息，用A的私钥加密，B收到之后用A的公钥解密；同理B给A发消息，用B自身的私钥加密，A收到后用B颁发的私钥解密，解密成功即可证明发消息的人是当初给你公钥的人。即A、B要使用非对称加密方式进行通讯的话，需要各自保留对方的公钥。但是客户端和服务器交互，则是服务端一个私钥，而大量客户端用公钥跟他交互。

非对称加密：保证了发消息的人就是当时给你公钥的人。

问题一：中间人C截获到A发给B的加密信息，即便C有A的公钥使得他可以解密看到明文，但是他没有A的私钥所以伪造不了A的身份，但是他可以搞破坏，直接在密文的基础上乱改，然后在发给B。B这时候收到用公钥解密得到的结果肯定和A发给他的不一样，但是他没有办法确认数据是被别人篡改过的，还是A发给他的本身就是有问题的。

如何保证数据在传输过程中是否有被篡改过？

利用数字签名技术，即首先将原文进行哈希运算（不可逆）生成固定长度的数字摘要，（一定要理解摘要的含义，摘要是对总体的一个概括，比如原文件太过于庞大，有上百兆的大小，这时候如果直接对此进行私钥加密那么代价太大，也就是说只要你对原文进行签名，且附带了原文，这样能够让接受者验证原始数据是否被篡改，这就完成了数字签名的任务），只不过全文加密代价太大，我们可以使用对原文的缩略版——摘要进行加密即可达到同样的目的，接收者B收到信息后，首先拿A的公钥解密数字签名得到原始摘要，再对传过来原文进行摘要，二者对比，如果一致则说明数据没有被篡改过。

问题二：公钥解密成功只能说明发消息的人是当初给你公钥的人，但是那个人是A吗？是B吗？还是中间人C呢？归根结底还是上面的问题，除了现实生活中手对手把公钥给你（如果他会易容术呢，冒名顶替也不是不可能）如C跑到B的电脑上将A的公钥替换为C自己的公钥，在不可靠的网络环境下，更有可能出现这个问题，C冒充A说我是A这是我的公钥，你拿去然后和我通信，B不知道给他公钥的这个号称是A的人，到底是不是A。

如何保证发布公钥的A，不是他人冒名顶替的呢？

找一个受信任的机构"证书中心"（certificate authority，简称CA）做认证，证书中心用自己的私钥给（A的公钥申请者A的信息等）加密，生成数字证书。当下次A给B发消息的时候A会带上CA签发的数字证书，B收到后用CA的公钥解密证书，解密成功则证明这个的确是CA签发的有效证书，而不是不知名的野鸡机构，从而拿到了里面的A的公钥，证明了A就是CA机构认证过的A,这个的的确确就是A的公钥，错了就找CA机构买单，假一赔十。然后拿A的公钥，去解密数字签名得到摘要，在对原文进行摘要算法之后和这个摘要进行对比，一致则说明没有被篡改。

重申的概念

非对称加密和数字摘要、数字签名完全是两个不同维度的概念。
非对称加密只是一种利用公钥和私钥进行加密一种方式。
摘要：对于不定长的数据（这个数据一般很大）进行Hash（如MD5摘要算法）形成固定长度的输出，这个输出的结果叫做摘要。
数字签名：利用自己的私钥对上面生成的摘要进行加密，加密生成的结果被叫做数字签名。
上面是狭义上的数字签名（摘要被私钥签出来的加密后的信息叫做数字签名）
广义上的数字签名指的是非对称加密的一种实际使用用途，即利用非对称加密和哈希算法来保证数据在传输过程中不被篡改。
既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只有我才能解密，所以可得出公钥负责加密，私钥负责解密；同理，既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我发消息，只有我才能发布这个签名，所以可得出私钥负责签名，公钥负责验证

非对称加密的主要用途就是：密钥交换和数字签名。

数字签名的作用主要是：确保发送的报文没有被篡改。

非对称加密主要应用在秘钥协商阶段！协商好秘钥之后的通信就用对称加密了！

Https秘钥交换过程

客户端要访问一个网站，向支持https的服务器发起请求。
客户端向服务器发送自己支持的秘钥交换算法列表。
服务器选取一种秘钥交换算法加上CA证书返回给客户端。
客户端验证服务器是否合法，并生成一个随机数然后用协商好的加密算法加密生成随机秘钥，并用刚才从CA证书中拿到的公钥对其加密后发送给服务器。
服务器收到后用自己的私钥解密（中间人没有服务器的私钥，所以没有办法看到传输的数据，另外确认秘钥交换算法是在第一步，中间人是不知道秘钥交换算法（中间人是无法在第一步做手脚的，那等同于它自己就是一个真实客户端发起了一个新的请求，唯一一种情况攻击人有一个合法CA下发的证书，且客户端（一般为安卓设备）没有对CA下发的证书中的内容网站地址和当前请求地址做对比校验），就算攻击者有公钥，因为不知道协商协议，所以做不出来随机秘钥，顶多就是在传输过程中将报文拦截下来，乱改，但是给到服务器后，私钥是解不开乱改之后的密文的）
服务器私钥解密之后，拿到对称秘钥，并且用它再加密一个信息，返回给浏览器。