HTTPS(超文本傳輸安全協(xié)議)，是以安全為目標(biāo)的 HTTP 通道，簡單講是 HTTP 的安全版。本文，就來深入介紹下其原理。

為什么需要 HTTPS

使用 HTPPS 的原因其實(shí)很簡單，就是因?yàn)?HTTP 的不安全。

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當(dāng)我們往服務(wù)器發(fā)送比較隱私的數(shù)據(jù)時(shí)，如果使用 HTTP 進(jìn)行通信。那么安全性將得不到保障。

首先數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)可能被中間人抓包拿到，那么數(shù)據(jù)就會被中間人竊取。

其次數(shù)據(jù)被中間人拿到后，中間人可能對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改或者替換，然后發(fā)往服務(wù)器。

服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后，也無法確定數(shù)據(jù)有沒有被修改或替換，當(dāng)然，如果服務(wù)器也無法判斷數(shù)據(jù)就真的是來源于客戶端。

總結(jié)下來，HTTP 存在三個(gè)弊端：

• 無法保證消息的保密性
• 無法保證消息的完整性和準(zhǔn)確性
• 無法保證消息來源的可靠性

HTTPS 就是為了解決上述問題應(yīng)運(yùn)而生的。

HTTPS 基本概念

為了解決 HTTP 中存在的問題，HTTPS 采用了一些加解密，數(shù)字證書，數(shù)字簽名的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。下面先介紹一下這些技術(shù)的基本概念。

對稱加密與非對稱加密

為了保證消息的保密性，就需要用到加密和解密。加解密算法目前主流的分為對稱加密和非對稱加密。

①對稱加密(共享密匙加密)：客戶端和服務(wù)器公用一個(gè)密匙用來對消息加解密，這種方式稱為對稱加密。

客戶端和服務(wù)器約定好一個(gè)加密的密匙?？蛻舳嗽诎l(fā)消息前用該密匙對消息加密，發(fā)送給服務(wù)器后，服務(wù)器再用該密匙進(jìn)行解密拿到消息。

對稱加密的優(yōu)點(diǎn)：對稱加密解決了 HTTP 中消息保密性的問題。

對稱加密的缺點(diǎn)：對稱加密雖然保證了消息保密性，但是因?yàn)榭蛻舳撕头?wù)器共享一個(gè)密匙，這樣就使得密匙特別容易泄露。因?yàn)槊艹仔孤讹L(fēng)險(xiǎn)較高，所以很難保證消息來源的可靠性、消息的完整性和準(zhǔn)確性。

②非對稱加密(公有密匙加密)：既然對稱加密中，密匙那么容易泄露，那么我們可以采用一種非對稱加密的方式來解決。

采用非對稱加密時(shí)，客戶端和服務(wù)端均擁有一個(gè)公有密匙和一個(gè)私有密匙。公有密匙可以對外暴露，而私有密匙只有自己可見。

使用公有密匙加密的消息，只有對應(yīng)的私有密匙才能解開。反過來，使用私有密匙加密的消息，只有公有密匙才能解開。

這樣客戶端在發(fā)送消息前，先用服務(wù)器的公匙對消息進(jìn)行加密，服務(wù)器收到后再用自己的私匙進(jìn)行解密。

非對稱加密的優(yōu)點(diǎn)：

• 非對稱加密采用公有密匙和私有密匙的方式，解決了 HTTP 中消息保密性問題，而且使得私有密匙泄露的風(fēng)險(xiǎn)降低。
• 因?yàn)楣准用艿南⒅挥袑?yīng)的私匙才能解開，所以較大程度上保證了消息的來源性以及消息的準(zhǔn)確性和完整性。

非對稱加密的缺點(diǎn)：

• 非對稱加密時(shí)需要使用到接收方的公匙對消息進(jìn)行加密，但是公匙不是保密的，任何人都可以拿到，中間人也可以。

那么中間人可以做兩件事，一是中間人可以在客戶端與服務(wù)器交換公匙的時(shí)候，將客戶端的公匙替換成自己的。

這樣服務(wù)器拿到的公匙將不是客戶端的，而是服務(wù)器的。服務(wù)器也無法判斷公匙來源的正確性。

第二件是中間人可以不替換公匙，但是他可以截獲客戶端發(fā)來的消息，然后篡改，然后用服務(wù)器的公匙加密再發(fā)往服務(wù)器，服務(wù)器將收到錯(cuò)誤的消息。

• 非對稱加密的性能相對對稱加密來說會慢上幾倍甚至幾百倍，比較消耗系統(tǒng)資源。正是因?yàn)槿绱耍琀TTPS 將兩種加密結(jié)合了起來。

數(shù)字證書與數(shù)字簽名

為了解決非對稱加密中公匙來源的不安全性。我們可以使用數(shù)字證書和數(shù)字簽名來解決。

①數(shù)字證書的申請

在現(xiàn)實(shí)中，有一些專門的權(quán)威機(jī)構(gòu)用來頒發(fā)數(shù)字證書，我們稱這些機(jī)構(gòu)為認(rèn)證中心(CA，Certificate Authority)。

我們(服務(wù)器)可以向這些 CA 來申請數(shù)字證書。申請的過程大致是：自己本地先生成一對密匙，然后拿著自己的公匙以及其他信息(比如說企業(yè)名稱啊什么的)去 CA 申請數(shù)字證書。

CA 在拿到這些信息后，會選擇一種單向 Hash 算法(比如說常見的 MD5)對這些信息進(jìn)行加密，加密之后的東西我們稱之為摘要。

單向 Hash 算法有一種特點(diǎn)就是單向不可逆的，只要原始內(nèi)容有一點(diǎn)變化，加密后的數(shù)據(jù)都將會是千差萬別(當(dāng)然也有很小的可能性會重復(fù)，有興趣的小伙伴了解一下鴿巢原理)，這樣就防止了信息被篡改。

生成摘要后還不算完，CA 還會用自己的私匙對摘要進(jìn)行加密，摘要加密后的數(shù)據(jù)我們稱之為數(shù)字簽名。

CA 將會把我們的申請信息(包含服務(wù)器的公匙)和數(shù)字簽名整合在一起，由此而生成數(shù)字證書。然后 CA 將數(shù)字證書傳遞給我們。

②數(shù)字證書怎么起作用

服務(wù)器在獲取到數(shù)字證書后，服務(wù)器會將數(shù)字證書發(fā)送給客戶端，客戶端就需要用 CA 的公匙解密數(shù)字證書并驗(yàn)證數(shù)字證書的合法性。

那我們?nèi)绾文苣玫?CA 的公匙呢?我們的電腦和瀏覽器中已經(jīng)內(nèi)置了一部分權(quán)威機(jī)構(gòu)的根證書，這些根證書中包含了 CA 的公匙。

之所以是根證書，是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中，認(rèn)證中心是分層級的，也就是說有認(rèn)證中心，也有下面的各個(gè)子級的認(rèn)證中心，是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)中內(nèi)置的是機(jī)構(gòu)的根證書，不過不用擔(dān)心，根證書的公匙在子級也是適用的。

客戶端用 CA 的公匙解密數(shù)字證書，如果解密成功則說明證書來源于合法的認(rèn)證機(jī)構(gòu)。解密成功后，客戶端就拿到了摘要。

此時(shí)，客戶端會按照和 CA 一樣的 Hash 算法將申請信息生成一份摘要，并和解密出來的那份做對比，如果相同則說明內(nèi)容完整，沒有被篡改。

客戶端安全的從證書中拿到服務(wù)器的公匙就可以和服務(wù)器進(jìn)行安全的非對稱加密通信了。服務(wù)器想獲得客戶端的公匙也可以通過相同方式。

下圖用圖解的方式說明一般的證書申請及其使用過程：

HTTPS 原理

通過上面的學(xué)習(xí)，我們了解了對稱加密與非對稱加密的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，以及數(shù)字證書的作用。

HTTPS 沒有采用單一的技術(shù)去實(shí)現(xiàn)，而是根據(jù)他們的特點(diǎn)，充分的將這些技術(shù)整合進(jìn)去，以達(dá)到性能與安全較大化。

這套整合的技術(shù)我們稱之為 SSL(安全套接層)。所以 HTTPS 并非是一項(xiàng)新的協(xié)議，它只是在 HTTP 上披了一層加密的外殼。

HTTPS 的建立，先看一下流程圖：

這里把 HTTPS 建立到斷開分為 6 個(gè)階段，12 個(gè)過程。下面將對 12 個(gè)過程一 一做解釋：

• 客戶端通過發(fā)送 Client Hello 報(bào)文開始 SSL 通信。報(bào)文中包含客戶端支持的 SSL 的指定版本、加密組件(Cipher Suite)列表(所使用的加密算法及密匙長度等)。
• 服務(wù)器可進(jìn)行 SSL 通信時(shí)，會以 Server Hello 報(bào)文作為應(yīng)答。和客戶端一樣，在報(bào)文中包含 SSL 版本以及加密組件。服務(wù)器的加密組件內(nèi)容是從接收到的客戶端加密組件內(nèi)篩選出來的。
• 服務(wù)器發(fā)送證書報(bào)文。報(bào)文中包含公開密匙證書。
• 服務(wù)器發(fā)送 Server Hello Done 報(bào)文通知客戶端，最初階段的 SSL 握手協(xié)商部分結(jié)束。
• SSL 握手結(jié)束之后，客戶端以 Client Key Exchange 報(bào)文作為回應(yīng)。報(bào)文包含通信加密中使用的一種被稱為 Pre-master secret 的隨機(jī)密碼串。該報(bào)文已用步驟 3 中的公開密匙進(jìn)行加密。
• 接著客戶端繼續(xù)發(fā)送 Change Cipher Spec 報(bào)文。該報(bào)文會提示服務(wù)器，在此報(bào)文之后的通信會采用 Pre-master secret 密匙加密。
• 客戶端發(fā)送 Finished 報(bào)文。該報(bào)文包含連接至今全部報(bào)文的整體校驗(yàn)值。這次握手協(xié)商是否能夠成功，要以服務(wù)器是否能夠正確解密該報(bào)文作為判定標(biāo)準(zhǔn)。
• 服務(wù)器同樣發(fā)送 Change Cipher Spec 報(bào)文。
• 服務(wù)器同樣發(fā)送 Finished 報(bào)文。
• 服務(wù)器和客戶端的 Finished 報(bào)文交換完畢之后，SSL 連接就算建立完成。當(dāng)然，通信會受到 SSL 的保護(hù)。從此處開始進(jìn)行應(yīng)用層協(xié)議的通信，即發(fā)送 HTTP 請求。
• 應(yīng)用層協(xié)議通信，即發(fā)送 HTTP 響應(yīng)。
• 由客戶端斷開連接。斷開連接時(shí)，發(fā)送 close_notify 報(bào)文。上圖做了一些省略，這步之后再發(fā)送 TCP FIN 報(bào)文來關(guān)閉與 TCP 的通信。

另外，在以上流程圖中，應(yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會附加一種叫做 MAC(Message Authentication Code)的報(bào)文摘要。MAC 能夠查知報(bào)文是否遭到篡改，從而保證報(bào)文的完整性。

下面再用圖解來形象的說明一下，此圖比上面數(shù)字證書的圖更加的詳細(xì)一些(圖片來源于《圖解 HTTP》)：

經(jīng)過上面的介紹，我們可以看出 HTTPS 先是利用數(shù)字證書保證服務(wù)器端的公匙可以安全無誤的到達(dá)客戶端。

然后再用非對稱加密安全的傳遞共享密匙，用共享密匙安全的交換數(shù)據(jù)。

HTTPS 的使用

HTTPS 那么的安全，是不是我們在什么場景下都要去使用 HTTPS 進(jìn)行通信呢?答案是否定的。

①HTTPS 雖然提供了消息安全傳輸?shù)耐ǖ?，但是每次消息的加解密十分耗時(shí)，消耗系統(tǒng)資源。

所以，除非在一些對安全性比較高的場景下，比如銀行系統(tǒng)，購物系統(tǒng)中我們必須要使用HTTPS 進(jìn)行通信，其他一些對安全性要求不高的場景，我們其實(shí)沒必要使用 HTTPS。

②使用 HTTPS 需要使用到數(shù)字證書，但是一般權(quán)威機(jī)構(gòu)頒發(fā)的數(shù)字證書都是收費(fèi)的，而且價(jià)格也是不菲的。

所以對于一些個(gè)人網(wǎng)站來講，如果對安全性要求不高，也沒必要使用 HTTPS。