1、HTTPS历史
由于HTTP的消息传输的安全隐患，于是网景公司在1994年设计了SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字层）协议，目的是保障网上交易安全，从而就诞生了HTTPS。有了SSL之后，HTTP在和TCP通信之前，先和SSL通信，SSL 会对 HTTP 的报文进行加密，再由SSL和TCP通信。最初，HTTPS 是与 SSL 一起使用的，鉴于SSL协议是网景公司专有的，IETF（The Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）成立了一个小组负责标准化该协议，后来就有了RFC 2246，即TLS 1.0（Transport Layer Security，传输层安全），现在最新版本已经到了TLS 1.3。TLS 或 SSL 协议不仅可以服务于 HTTP 协议，还可以为电子邮件、即时通讯提供安全服务。
2、TLS协议
TLS协议的目标是为在它只是运行的应用提供三个基本服务：加密、身份验证和数据完整性。正是这三项基本服务保证了HTTP通信的安全。
2.1、加密（混淆数据的机制）
先介绍一下TLS用到的两种加密算法，共享密钥加密和公开密钥加密。
- 共享密钥加密（也叫对称密钥加密）：加密和解密都用同一个密钥的加密方式。加密算法处理速度比公开密钥快。
- 公开密钥加密（也叫非对称密钥加密）：这种加密方式有两把密钥，一把私有密钥，一把公开密钥。通过公开密钥加密，然后通过私有密钥解密。公开密钥可以告诉任何人，但私有密钥只有自己才知道。
它们是怎么进行加密解密的呢？我们先来试试第一种加密方式，客户端通过密钥加密，然后把密钥和加密后的数据一起发给服务器，然后服务器解密。聪明人一眼就可以看出来这种方式行不通，如果能保证密钥能安全到达服务器的话，那数据也能安全到达，所以这种办法行不通。
第二种方式很好的解决了共享密钥加密的困难。客户端通过服务器的公开密钥加密，然后把加密后的数据发送给服务器，服务器再通过自己的私有密钥解密。私有密钥只有一份，就算窃听者拿到数据，也无法解密。但是这种方式也有缺陷，公开密钥加密的算法太复杂了，需要运行太多的时间。
最终TLS采用了共享密钥加密和公开密钥加密两者并用的混合加密机制，服务器把自己的公开密钥传送给客户端，客户端接收到公开密钥，然后创建一个共享密钥，用公开密钥给共享密钥加密，然后把加密后的共享密钥发送给服务器，服务器通过私有秘钥进行解密，获得共享密钥，双方都有了同一个共享密钥之后，就通过共享密钥来加密解密报文。
2.2、身份验证（验证身份标识有效性的机制）
上面介绍的混合加密机制看上去很理想，遗憾的是，依然存在一个问题没解决，那就是无法证明客户端接收到的公开密钥是货真价实的。介绍解决办法之前，先介绍一下CA（Certificate Authority，数字证书认证机构）：
数字证书认证机构，也称为电子商务认证中心、电子商务认证授权机构，是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。
申请者通过CA申请数字证书，CA验证申请人的身份，然后发放数字证书。证书中绑定了公钥数据和私钥拥有者的身份信息，并带有CA的数字签名，证书中也包含了CA的名称。
那么在客户端与服务器通信的时候，服务器将证书发送给客户端，客户端在拿到这个证书之后怎么判断证书的真伪呢？这才是身份验证的关键所在。客户端读取证书中CA的名称，因为浏览器会内置常用CA的公开密钥，然后通过CA的名称查询它的公钥，验证证书上面的数字签名是否正确。此处的公钥并不是客户端与服务器通信加密用的公钥，而是CA公布出来的公钥，用来验证证书的数字签名。验证通过了，就能判断证书的真实性，也就可以相信证书里的公开密钥是可以信任的。
2.3、数据完整性（检测消息是否被篡改或伪造的机制）
除了混合密钥加密和身份验证，TLS协议还提供了自己的消息分帧机制，使用MAC（Message Authentication Code，消息认证码）签署每一条消息。MAC算法是一个单向加密的过程，密钥由连接双方协商确定（这里用的就是共享密钥）。只要发送TLS消息，就会生成一个MAC值附加到该消息中。接收端通过共享密钥计算和验证这个MAC值来判断消息的完整性和可靠性。
上述三种机制是TLS协议的核心，它们为Web通信构建了一个安全的环境。了解完这三种机制之后，咱们来看一下它们具体是怎么协作的，也就是TLS握手的过程。
3、TLS握手
客户端与服务器在通过TLS交换数据之前，必须协商建立加密信道，协商的过程叫做TLS握手，也叫TLS协商。下图的握手过程是在TCP三次握手成功的基础上进行的
- 客户端发送 Client Hello 报文开始 SSL 通信。报文中包含客户端支持的 SSL 的指定版本、加密组件列表（所使用的加密算法及密钥长度）。
- 如果服务器支持 SSL 通信，会以 Server Hello 报文作为应答。和客户端一样，在报文中包含 SSL 以及加密组件。服务器的加密组件内容是从接受到的客户端加密组件内筛选出来的。
- 之后服务器发送 Certificate 报文。该报文中包含公开密钥证书。（客户端拿到公开密钥证书之后通过数字签名验证证书的真实性）
- 最后服务器发送 Server Hello Done 报文通知客户端，最初阶段的 SSL 握手协商部分结束。
- SSL 第一次握手结束之后，客户端以 Client Key Exchange 报文作为回应。报文中包含了接下来会使用到的共享密钥。该报文已用步骤3的公开密钥进行加密。（服务器收到之后通过私有密钥解密，得到共享密钥）
- 接着客户端发送 Change Cipher Spec 报文，该报文提示服务器，在此报文之后的通信会采用共享密钥加密。
- 客户端发送 Finished 报文。该报文会生成一个消息认证码附加到该消息中。如果服务器能正确解密该报文，并且验证了MAC，那么到目前为止协商过程都是成功的，此时服务器信任了客户端。
- 服务器同样发送 Change Cipher Spec 报文，通知客户端，在此报文之后的通信会采用共享密钥加密。
- 服务器同样发送 Finished 报文。该报文也会生成一个消息认证码附加到该消息中。如果客户端能正确解密该报文，并且了验证MAC，那么建立加密信道成功，接下来就开始发送应用数据。
4、总结
HTTPS的核心就是TLS，HTTPS的安全性都是TLS提供的。所以弄明白了TLS协商的过程，你就明白了HTTPS为什么安全。
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