HTTPS
HTTP 由于是明⽂传输,所以安全上存在以下三个⻛险:
窃听⻛险,⽐如通信链路上可以获取通信内容,⽤户号容易没。
篡改⻛险,⽐如强制植⼊垃圾⼴告,视觉污染,⽤户眼容易瞎。
冒充⻛险,⽐如冒充淘宝⽹站,⽤户钱容易没。
HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加⼊了 SSL/TLS 协议,可以很好的解决 HTTP 的安全问题。
混合加密的⽅式实现信息的机密性,解决了窃听的⻛险。
在通信建⽴前采⽤⾮对称加密的⽅式交换「会话秘钥」,后续就不再使⽤⾮对称加密。
在通信过程中全部使⽤对称加密的「会话秘钥」的⽅式加密明⽂数据。
对称加密只使⽤⼀个密钥,运算速度快,密钥必须保密,⽆法做到安全的密钥交换。⾮对称加密使⽤两个密钥:公钥和私钥,公钥可以任意分发⽽私钥保密,解决了密钥交换问题但速度慢。
摘要算法的⽅式来实现完整性,它能够为数据⽣成独⼀⽆⼆的「指纹」,指纹⽤于校验数据的完整性,解决了篡改的⻛险。
客户端在发送明⽂之前会通过摘要算法算出明⽂的「指纹」,发送的时候把「指纹 + 明⽂」⼀同加密成密⽂后,发送给服务器,服务器解密后,⽤相同的摘要算法算出发送过来的明⽂,通过⽐较客户端携带的「指纹」和当前算出的「指纹」做⽐较,若「指纹」相同,说明数据是完整的。
数字证书,解决了冒充的⻛险。
客户端先向服务器端索要公钥,然后⽤公钥加密信息,服务器收到密⽂后,⽤⾃⼰的私钥解密。这就存在些问题,如何保证公钥不被篡改和信任度?所以这⾥就需要借助第三⽅权威机构 CA (数字证书认证机构),将服务器公钥放在数字证书(由数字证书认证机构颁发)中,只要证书是可信的,公钥就是可信的。
SSL/TLS 协议基本流程
TSL 四次握手
- ClientHello
⾸先,由客户端向服务器发起加密通信请求,也就是 ClientHello 请求。
在这⼀步,客户端主要向服务器发送以下信息:
(1)客户端⽀持的 SSL/TLS 协议版本,如 TLS 1.2 版本。
(2)客户端⽣产的随机数( Client Random ),后⾯⽤于⽣产「会话秘钥」。
(3)客户端⽀持的密码套件列表,如 RSA 加密算法。
- ServerHello
服务器收到客户端请求后,向客户端发出响应,也就是 SeverHello 。服务器回应的内容有如下内容:
(1)确认 SSL/ TLS 协议版本,如果浏览器不⽀持,则关闭加密通信。
(2)服务器⽣产的随机数( Server Random ),后⾯⽤于⽣产「会话秘钥」。
(3)确认的密码套件列表,如 RSA 加密算法。
(4)服务器的数字证书。
- 客户端回应
客户端收到服务器的回应之后,⾸先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥,确认服务器的数字证书的真实性。如果证书没有问题,客户端会从数字证书中取出服务器的公钥,然后使⽤它加密报⽂,向服务器发送如下信息:
(1)⼀个随机数( pre-master key )。该随机数会被服务器公钥加密。
(2)加密通信算法改变通知,表示随后的信息都将⽤「会话秘钥」加密通信。
(3)客户端握⼿结束通知,表示客户端的握⼿阶段已经结束。这⼀项同时把之前所有内容的发⽣的数据做个摘要,⽤来供服务端校验。上⾯第⼀项的随机数是整个握⼿阶段的第三个随机数,这样服务器和客户端就同时有三个随机数,接着就⽤双⽅协商的加密算法,各⾃⽣成本次通信的「会话秘钥」。
- 服务器的最后回应
服务器收到客户端的第三个随机数( pre-master key )之后,通过协商的加密算法,计算出本次通信的「会话秘钥」。然后,向客户端发⽣最后的信息:
(1)加密通信算法改变通知,表示随后的信息都将⽤「会话秘钥」加密通信。
(2)服务器握⼿结束通知,表示服务器的握⼿阶段已经结束。这⼀项同时把之前所有内容的发⽣的数据做个摘要,⽤来供客户端校验。
⾄此,整个 SSL/TLS 的握⼿阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进⼊加密通信,就完全是使⽤普通的 HTTP 协议,只不过⽤「会话秘钥」加密内容。
事实上,不同的密钥交换算法,TLS 的握⼿过程可能会有⼀些区别。
这⾥先简单介绍下密钥交换算法,因为考虑到性能的问题,所以双⽅在加密应⽤信息时使⽤的是对称加密密钥,⽽对称加密密钥是不能被泄漏的,为了保证对称加密密钥的安全性,所以使⽤⾮对称加密的⽅式来保护对称加密密钥的协商,这个⼯作就是密钥交换算法负责的。接下来,我们就以最简单的 RSA 密钥交换算法,来看看它的 TLS 握⼿过程。
RSA 算法的缺陷
使⽤ RSA 密钥协商算法的最⼤问题是不⽀持前向保密。因为客户端传递随机数(⽤于⽣成对称加密密钥的条件之⼀)给服务端时使⽤的是公钥加密的,服务端收到到后,会⽤私钥解密得到随机数。所以⼀旦服务端的私钥泄漏了,过去被第三⽅截获的所有 TLS 通讯密⽂都会被破解。
为了解决这⼀问题,于是就有了 DH 密钥协商算法,这⾥简单介绍它的⼯作流程。
客户端和服务端各⾃会⽣成随机数,并以此作为私钥,然后根据公开的 DH 计算公示算出各⾃的公钥,通过 TLS 握⼿双⽅交换各⾃的公钥,这样双⽅都有⾃⼰的私钥和对⽅的公钥,然后双⽅根据各⾃持有的材料算出⼀个随机数,这个随机数的值双⽅都是⼀样的,这就可以作为后续对称加密时使⽤的密钥。
DH 密钥交换过程中,即使第三⽅截获了 TLS 握⼿阶段传递的公钥,在不知道的私钥的情况下,也是⽆法计算出密钥的,⽽且每⼀次对称加密密钥都是实时⽣成的,实现前向保密。但因为 DH 算法的计算效率问题,后⾯出现了 ECDHE 密钥协商算法,我们现在⼤多数⽹站使⽤的正是 ECDHE 密钥协商算法。