一，概念铺垫

HTTPS也是⼀个应⽤层协议，是在HTTP协议的基础上引⼊了⼀个加密层，HTTP协议内容都是按照⽂本的⽅式明⽂传输的，这就导致在传输过程中出现⼀些被篡改的情况。所以HTTPS就要对正文部分做加密

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1.1 什么是加密？

• 加密就是把 明⽂(要传输的信息) 进⾏⼀系列变换，⽣成 密⽂
• 解密就是把 密⽂ 再进⾏⼀系列变换，还原成 明⽂

在这个加密和解密的过程中，往往需要⼀个或者多个中间的数据，辅助进⾏这个过程，这样的数据称为密钥

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1.2 为什么要加密？

我们以运营商劫持的例子来说，当我们要从网上下载一个“天天动听”

未被劫持时，我们的下载链接都是正常的：

已被劫持时，点击下载按钮，就会弹出QQ浏览器的下载链接而不是原来的链接

由于我们通过⽹络传输的任何的数据包都会经过运营商的⽹络设备(路由器，交换机等)，那么运营商的⽹络设备就可以解析出你传输的数据内容，并进⾏篡改。点击"下载按钮"，其实就是在给服务器发送了⼀个HTTP请求，获取到的HTTP响应其实就包含了该APP的下载链接。运营商劫持之后，就发现这个请求是要下载天天动听，那么就⾃动的把交给⽤户的响应给篡改成"QQ浏览器"的下载地址了。

这是因为http的内容是明⽂传输的，明⽂数据会经过 路由器、wifi热点、通信服务运营商、代理服务器 等多个物理节点，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全暴露了。劫持者还可以篡改传输的信息且不被双⽅察觉，这就是 中间⼈攻击 ，所以我们才需要对信息进⾏加密

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1.3 加密的方式

常⻅的加密⽅式有两种：

• 对称加密：采⽤单钥密码系统的加密⽅法，同⼀个密钥可以同时⽤作信息的加密和解密
  • 特点是：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼
  • 常⻅对称加密算法：DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等
• 非对称加密：需要两个密钥来进⾏加密和解密，这两个密钥是公开密钥（public key，简称公钥，可以在网络中传送）和私有密钥（private key，简称私钥，不可以在网络中传送）
  • 如果通过公钥对明文加密变成密文，则通过私钥对密文解密变为明文，反之相反
  • 公钥和私钥是配对的，最⼤的缺点就是运算速度⾮常慢，⽐对称加密要慢很多
  • 常⻅⾮对称加密算法：RSA，DSA，ECDSA

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1.4 数据摘要&数据指纹

数字指纹(数据摘要),其基本原理是利⽤ 单向散列函数(Hash函数) 对信息进⾏运算，⽣成⼀串固定⻓度的数字摘要。数字指纹并不是⼀种加密机制，因为不可以解密，但可以⽤来判断数据有没有被窜改

这里举两个使用场景：
1.mysql数据库登录的例子

2. 百度网盘秒传的例子
我们都会向百度网盘上传电影，那么这个电影可能有很多人上传，但是百度网盘不会将这个电影存很多份，而是存一份，其他的形成链接文件

所以数据指纹的作用有两个：

• 用来比对两个文件是否相同
• 比对一个是否被篡改

二，认识https

在说明https之前，我们这里可以探讨以下https是如何一步步成熟的

2.1 方案1-只使用对称加密

如果通信双⽅都各⾃持有同⼀个密钥X，且没有别⼈知道，这两⽅的通信安全当然是可以被保证的（除⾮密钥被破解）

但是这个方案有一个问题，服务器同⼀时刻其实是给很多客⼾端提供服务的，这么多客⼾端，每个⼈⽤的秘钥都必须是不同的(如果是相同那密钥就太容易扩散了，⿊客就也能拿到了)。因此服务器就需要维护每个客⼾端和每个密钥之间的关联关系，这显然不现实。

⽐较理想的做法，就是能在客⼾端和服务器建⽴连接的时候，双⽅协商确定这次的密钥是啥。

但是如果直接把密钥明⽂传输，那么⿊客也就能获得密钥了，因此密钥的传输也必须加密传输。但是要想对密钥进⾏对称加密，就仍然需要先协商确定⼀个"密钥的密钥"，这就成了"先有鸡还是先有蛋"的问题了。此时密钥的传输再⽤对称加密就⾏不通了

2.2 方案2-只使用非对称加密

鉴于⾮对称加密的机制，如果服务器先把公钥以明⽂⽅式传输给浏览器，之后浏览器向服务器传数据前都先⽤这个公钥加密好再传，从客⼾端到服务器信道似乎是安全的(有安全问题)，因为只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据，但是服务器到浏览器的这条路怎么保障安全？

如果服务器⽤它的私钥加密数据传给浏览器，那么浏览器⽤公钥可以解密它，⽽这个公钥是⼀开始通过明⽂传输给浏览器的，若这个公钥被中间⼈劫持到了，那他也能⽤该公钥解密服务器传来的信息了

2.3 方案3-双方都使用非对称加密

服务端拥有公钥S与对应的私钥S’，客⼾端拥有公钥C与对应的私钥C’，客⼾和服务端交换公钥。
客⼾端给服务端发信息：先⽤S对数据加密，再发送，只能由服务器解密，因为只有服务器有私钥S’。
服务端给客⼾端发信息：先⽤C对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有私钥C’

但是这样会有两个问题：

• 效率太低，非对称加密本来效率就低
• 依旧有安全问题

2.4 方案4-非对称加密+对称加密

服务端具有⾮对称公钥S和私钥S’，客⼾端发起https请求，获取服务端公钥S
• 客⼾端在本地⽣成对称密钥C，通过公钥S加密，发送给服务器
• 由于中间的⽹络设备没有私钥，即使截获了数据，也⽆法还原出内部的原⽂，也就⽆法获取到对称密钥
• 服务器通过私钥S’解密，还原出客⼾端发送的对称密钥C。并且使⽤这个对称密钥加密给客⼾端返回的响应数据
• 后续客⼾端和服务器的通信都只⽤对称加密即可，由于该密钥只有客⼾端和服务器两个主机知道，其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义

虽然上⾯已经⽐较接近答案了，但是依旧有安全问题
如果最开始，中间⼈就已经开始攻击了呢？

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中间人攻击
但是中间⼈的攻击，如果在最开始握⼿协商的时候就进⾏了，那就不⼀定了，假设hacker已经成功成
为中间⼈

1. 服务器具有⾮对称加密算法的公钥S，私钥S’
2. 中间⼈具有⾮对称加密算法的公钥M，私钥M’
3. 客⼾端向服务器发起请求，服务器明⽂传送公钥S给客⼾端
4. 中间⼈劫持数据报⽂，提取公钥S并保存好，然后将被劫持报⽂中的公钥S替换成为⾃⼰的公钥M，并将伪造报⽂发给客⼾端
5. 客⼾端收到报⽂，提取公钥M(⾃⼰当然不知道公钥被更换过了)，⾃⼰形成对称秘钥X，⽤公钥M加密X，形成报⽂发送给服务器
6. 中间⼈劫持后，直接⽤⾃⼰的私钥M’进⾏解密，得到通信秘钥X，再⽤曾经保存的服务端公钥S加密后，将报⽂推送给服务器
7. 服务器拿到报⽂，⽤⾃⼰的私钥S’解密，得到通信秘钥X
8. 双⽅开始采⽤X进⾏对称加密，进⾏通信。但是⼀切都在中间⼈的掌握中，劫持数据，进⾏窃听甚⾄修改，都是可以的
   上⾯的攻击⽅案，同样适⽤于⽅案2，⽅案3
   问题本质出在哪⾥了呢？客⼾端⽆法确定收到的含有公钥的数据报⽂是否是⽬标服务器发送过来的
   

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引入证书

为了解决上面的问题，就有了证书，服务端在使⽤HTTPS前，需要向CA机构申领⼀份数字证书，数字证书⾥含有证书申请者信息、公钥信息等。服务器把证书传输给浏览器，浏览器从证书⾥获取公钥就⾏了，证书就如⾝份证，证明服务端公钥的权威性

这个证书可以理解成是⼀个结构化的字符串，⾥⾯包含了以下信息：
• 证书发布机构
• 证书有效期
• 公钥
• 证书所有者
• 签名
• …
需要注意的是：申请证书的时候，需要在特定平台⽣成查，服务端会同时⽣成⼀对⼉密钥对⼉，即公钥和私钥。这对密钥对⼉就是⽤来在⽹络通信中进⾏明⽂加密以及数字签名的。其中公钥会随着CSR⽂件，⼀起发给CA进⾏权威认证，私钥服务端自己保留，⽤来后续进⾏通信（其实主要就是⽤来交换对称秘钥）

当服务端申请CA证书的时候，CA机构会对该服务端进⾏审核，并专⻔为该⽹站形成数字签名，过程如下：

1. CA机构拥有⾮对称加密的私钥A和公钥A’
2. CA机构对服务端申请的证书明⽂数据进⾏hash，形成数据摘要
3. 然后对数据摘要⽤CA私钥A’加密，得到数字签名S
   服务端申请的证书明⽂和数字签名S共同组成了数字证书，这样⼀份数字证书就可以颁发给服务端了

这样就算中间人篡改了证书的内容，或者将签名和内容都改了，那么客户端也可以识别出来

2.5 方案5-非对称加密+对称加密+证书认证

有了上面的解决方法，所以就有了方案五，在客⼾端和服务器刚⼀建⽴连接的时候，服务器给客⼾端返回⼀个证书，证书包含了之前服务端的公钥，也包含了⽹站的⾝份信息

客⼾端会进⾏认证，当客⼾端获取到这个证书之后，会对证书进⾏校验(防⽌证书是伪造的)
• 判定证书的有效期是否过期
• 判定证书的发布机构是否受信任(操作系统中已内置的受信任的证书发布机构).
• 验证证书是否被篡改：从系统中拿到该证书发布机构的公钥，对签名解密，得到⼀个hash值(数据摘要)，设为hash1。然后计算整个证书的hash值，设为hash2。对⽐hash1和hash2是否相等。如果相等，则说明证书是没有被篡改过的