Https原理及流程
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我们知道，HTTP请求都是明文传输的，所谓的明文指的是没有经过加密的信息，如果HTTP请求被黑客拦截，并且里面含有银行卡密码等敏感数据的话，会非常危险。为了解决这个问题，Netscape 公司制定了HTTPS协议，HTTPS可以将数据加密传输，也就是传输的是密文，即便黑客在传输过程中拦截到数据也无法破译，这就保证了网络通信的安全。
密码学基础
在正式讲解HTTPS协议之前，我们首先要知道一些密码学的知识。
明文： 明文指的是未被加密过的原始数据。
密文：明文被某种加密算法加密之后，会变成密文，从而确保原始数据的安全。密文也可以被解密，得到原始的明文。
密钥：密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥，分别应用在对称加密和非对称加密上。
对称加密：对称加密又叫做私钥加密，即信息的发送方和接收方使用同一个密钥去加密和解密数据。对称加密的特点是算法公开、加密和解密速度快，适合于对大数据量进行加密，常见的对称加密算法有DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC5和IDEA。
其加密过程如下：明文 + 加密算法 + 私钥 => 密文
解密过程如下：密文 + 解密算法 + 私钥 => 明文
对称加密中用到的密钥叫做私钥，私钥表示个人私有的密钥，即该密钥不能被泄露。
其加密过程中的私钥与解密过程中用到的私钥是同一个密钥，这也是称加密之所以称之为“对称”的原因。由于对称加密的算法是公开的，所以一旦私钥被泄露，那么密文就很容易被破解，所以对称加密的缺点是密钥安全管理困难。
非对称加密：非对称加密也叫做公钥加密。非对称加密与对称加密相比，其安全性更好。对称加密的通信双方使用相同的密钥，如果一方的密钥遭泄露，那么整个通信就会被破解。而非对称加密使用一对密钥，即公钥和私钥，且二者成对出现。私钥被自己保存，不能对外泄露。公钥指的是公共的密钥，任何人都可以获得该密钥。用公钥或私钥中的任何一个进行加密，用另一个进行解密。
被公钥加密过的密文只能被私钥解密，过程如下：
明文 + 加密算法 + 公钥 => 密文， 密文 + 解密算法 + 私钥 => 明文
被私钥加密过的密文只能被公钥解密，过程如下：
明文 + 加密算法 + 私钥 => 密文， 密文 + 解密算法 + 公钥 => 明文
由于加密和解密使用了两个不同的密钥，这就是非对称加密“非对称”的原因。
非对称加密的缺点是加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。
在非对称加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。
HTTPS通信过程
HTTPS协议 = HTTP协议 + SSL/TLS协议，在HTTPS数据传输的过程中，需要用SSL/TLS对数据进行加密和解密，需要用HTTP对加密后的数据进行传输，由此可以看出HTTPS是由HTTP和SSL/TLS一起合作完成的。
SSL的全称是Secure Sockets Layer，即安全套接层协议，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。SSL协议在1994年被Netscape发明，后来各个浏览器均支持SSL，其最新的版本是3.0
TLS的全称是Transport Layer Security，即安全传输层协议，最新版本的TLS（Transport Layer Security，传输层安全协议）是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）制定的一种新的协议，它建立在SSL 3.0协议规范之上，是SSL 3.0的后续版本。在TLS与SSL3.0之间存在着显著的差别，主要是它们所支持的加密算法不同，所以TLS与SSL3.0不能互操作。虽然TLS与SSL3.0在加密算法上不同，但是在我们理解HTTPS的过程中，我们可以把SSL和TLS看做是同一个协议。
HTTPS为了兼顾安全与效率，同时使用了对称加密和非对称加密。数据是被对称加密传输的，对称加密过程需要客户端的一个密钥，为了确保能把该密钥安全传输到服务器端，采用非对称加密对该密钥进行加密传输，总的来说，对数据进行对称加密，对称加密所要使用的密钥通过非对称加密传输。
HTTPS在传输的过程中会涉及到三个密钥：
服务器端的公钥和私钥，用来进行非对称加密
客户端生成的随机密钥，用来进行对称加密
一个HTTPS请求实际上包含了两次HTTP传输，可以细分为8步。
1.客户端向服务器发起HTTPS请求，连接到服务器的443端口
2.服务器端有一个密钥对，即公钥和私钥，是用来进行非对称加密使用的，服务器端保存着私钥，不能将其泄露，公钥可以发送给任何人。
3.服务器将自己的公钥发送给客户端。
4.客户端收到服务器端的公钥之后，会对公钥进行检查，验证其合法性，如果发现发现公钥有问题，那么HTTPS传输就无法继续。严格的说，这里应该是验证服务器发送的数字证书的合法性，关于客户端如何验证数字证书的合法性，下文会进行说明。如果公钥合格，那么客户端会生成一个随机值，这个随机值就是用于进行对称加密的密钥，我们将该密钥称之为client key，即客户端密钥，这样在概念上和服务器端的密钥容易进行区分。然后用服务器的公钥对客户端密钥进行非对称加密，这样客户端密钥就变成密文了，至此，HTTPS中的第一次HTTP请求结束。
5.客户端会发起HTTPS中的第二个HTTP请求，将加密之后的客户端密钥发送给服务器。
6.服务器接收到客户端发来的密文之后，会用自己的私钥对其进行非对称解密，解密之后的明文就是客户端密钥，然后用客户端密钥对数据进行对称加密，这样数据就变成了密文。
7.然后服务器将加密后的密文发送给客户端。
8.客户端收到服务器发送来的密文，用客户端密钥对其进行对称解密，得到服务器发送的数据。这样HTTPS中的第二个HTTP请求结束，整个HTTPS传输完成。
注：本文参考自网络上的多篇HTTPS相关文章，本人根据自己的理解，进行一些修改，综合。
- 必要的加密解密基础知识
1）对称加密算法：就是加密和解密使用同一个密钥的加密算法。因为加密方和解密方使用的密钥相同，所以称为称为对称加密，也称为单钥加密方法。
优点是：加密和解密运算速度快，所以对称加密算法通常在消息发送方需要加密大量数据时使用；
缺点是：安全性差，如果一方的密钥遭泄露，那么整个通信就会被破解。另外加密之前双方需要同步密钥;
常用对称加密算法有：DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK、AES等;
2）非对称加密算法：而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥(public key，简称公钥)和私有密钥(private key，简称私钥)。
公钥和私钥是一对：公钥用来加密，私钥解密，而且公钥是公开的，私钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。
有点是：安全性更好，私钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。
缺点是：加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。
常用的非对称加密算法有：RSA、Elgamal、Rabin、D-H、ECC等；
3）HASH算法：也称为消息摘要算法。将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值，该二进制值称为哈希值。
常用于检验数据的完整性，检验数据没有被篡改过。常见的又 MD5(MD系列)，SHA-1(SHA系列)
HTTPS 使用到了上面全部三种加密算法。
- HTTPS 的作用
HTTPS简单而言，即使建立在SSL/TLS协议之上的HTTP。不使用SSL/TLS的HTTP通信，就是不加密的通信。所有信息明文传播，带来了三大风险。
（1） 窃听风险（eavesdropping）：第三方可以获知通信内容。
（2） 篡改风险（tampering）：第三方可以修改通信内容。
（3） 冒充风险（pretending）：第三方可以冒充他人身份参与通信。
SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的，希望达到：
（1） 所有信息都是加密传播，第三方无法窃听。
（2） 具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现。
（3） 配备身份证书，防止身份被冒充。
互联网是开放环境，通信双方都是未知身份，这为协议的设计带来了很大的难度。而且，协议还必须能够经受所有匪夷所思的攻击，这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。
- HTTPS 的历史
互联网加密通信协议的历史，几乎与互联网一样长。
1994年，NetScape公司设计了SSL协议（Secure Sockets Layer）的1.0版，但是未发布。
1995年，NetScape公司发布SSL 2.0版，很快发现有严重漏洞。
1996年，SSL 3.0版问世，得到大规模应用。
1999年，互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司，发布了SSL的升级版TLS 1.0版。
2006年和2008年，TLS进行了两次升级，分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的修订版。
目前，应用最广泛的是TLS 1.0，接下来是SSL 3.0。但是，主流浏览器都已经实现了TLS 1.2的支持。
TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1，TLS 1.1为SSL 3.2，TLS 1.2为SSL 3.3。
- 基本的运行过程
HTTPS 的基本运行过程：
1）利用对称加密算法来加密网页内容，那么如何保证对称加密算法的秘钥的安全呢？
2）使用非对称加密算法来获得对称加密算法的秘钥，从而保证了对称加密算法的秘钥的安全，也就保证了对称加密算法的安全。
这里这样安排使用的原理是，利用了对称加密算法和非对称加密算法优点，而避免了它们的缺点。利用了对称加密算法速度快，而非对称加密算法安全的优点；同时巧妙的避免了对称加密算法的不安全性，以及需要同步密钥的缺点，也避免了非对称加密算法的速度慢的缺点。实在是巧妙了。
这里有两个问题：
（1）如何保证非对称加密算法公钥不被篡改？
解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。
（2）公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？
解决方法：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"（session key），用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密算法，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。（也就是网页内容的加密使用的是对称加密算法）
因此，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：
（1） 客户端向服务器端索要并验证非对称加密算法的公钥。
（2） 双方协商生成对称加密算法的"对话密钥"。
（3） 双方采用对称加密算法和它的"对话密钥"进行加密通信。
上面过程的前两步，又称为"握手阶段"（handshake）。
- 握手阶段的详细过程
"握手阶段"涉及四次通信，我们一个个来看。需要注意的是，"握手阶段"的所有通信都是明文的。
- 客户端发出请求（ClientHello）
首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。
在这一步，客户端主要向服务器提供以下信息。
（1） 浏览器支持的SSL/TLS协议版本，比如TLS 1.0版。
（2） 一个浏览器客户端生成的随机数，稍后用于生成对称加密算法的"对话密钥"。
（3） 浏览器支持的各种加密方法，对称的，非对称的，HASH算法。比如RSA非对称加密算法，DES对称加密算法，SHA-1 hash算法。
（4） 浏览器支持的压缩方法。
这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。
对于虚拟主机的用户来说，这当然很不方便。2006年，TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展，允许客户端向服务器提供它所请求的域名。
- 服务器回应（SeverHello）
服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。
（1） 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
（2） 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成对称加密算法的"对话密钥"。
（3） 确认使用的各种加密方法，比如确认算法使用：RSA非对称加密算法，DES对称加密算法，SHA-1 hash算法
（4） 服务器证书。
除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供"客户端证书"。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。
3） 客户端回应
客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。
如果证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的非对称加密算法的公钥。然后，向服务器发送下面三项信息。
（1） 一个随机数。该随机数用服务器发来的公钥进行的使用非对称加密算法加密，防止被窃听。
（2） 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送(比如确认使用：RSA非对称，DES对称，SHA-1 hash算法)。
（3） 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。
上面第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的对称加密算法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。也就是说浏览器和服务器各自使用同一个对称加密算法，对三个相同的随机数进行加密，获得了，用来加密网页内容的 对称加密算法的秘钥。(注意：这里浏览器的三个随机数都是明文的，但是服务端获得的"pre-master key"是密文的，所以服务器需要使用非对称加密算法的私钥，来先解密获得"pre-master key"的明文，在来生成对称加密算法的秘钥。这样的目的是为了防止："pre-master key"被窃听，因为发送明文会被窃听，但是发生的是非对称加密算法的加密过后的密文，因为窃听者不知道私钥，所以即使窃听了，也无法解密出其对应的明文。从而保证了最后生成的：用于加密网页内容的对称加密算法的秘钥的安全性！！！)
至于为什么一定要用三个随机数，来生成"会话密钥"，dog250解释得很好：
"不管是客户端还是服务器，都需要随机数，这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的，因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。
对于RSA密钥交换算法来说，pre-master-key本身就是一个随机数，再加上hello消息中的随机，三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。
pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数，如果随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了，因此必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能完全不随机，可是是三个伪随机就十分接近随机了，每增加一个自由度，随机性增加的 可不是一。"
这里：其实如果 pre-master-key 和 浏览器生成的随机数都可能被猜出来，那么最后生成的对称加密算法的秘钥就是不安全的。因为三个随机数都可能被窃听到了。
此外，如果前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。
- 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，计算生成本次会话所用的对称加密算法的"会话密钥"。然后，向客户端最后发送下面信息。
（1）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的对称加密算法和密钥进行加密。
（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。
至此，整个握手阶段全部结束。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"会话密钥"加密内容。
参考链接
MicroSoft TechNet, SSL/TLS in Detail
Jeff Moser, The First Few Milliseconds of an HTTPS Connection
Wikipedia, Transport Layer Security
StackExchange, How does SSL work?
（完）
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注：
本文主要修改自：SSL/TLS协议运行机制的概述
仅仅按照自己的理解，进行了一些修改，和补充，以利于自己理解。可能会存在自己理解上的错误。
另外参考了：HTTPS那些事（一）HTTPS原理
本文如果结合 HTTPS连接的前几毫秒发生了什么 一起来理解HTTPS，将理解的更加深入。
总结：
1）HTTPS 结合使用了 非对称加密算法，对称加密算法，hash算法，分别利用他们的优势，避免他们的缺点。利用非对称加密算法获得对称加密算法的秘钥，保证他的安全性；然后实际的网页内容的加密使用的是对称加密算法，利用了对称加密算法速度快的优势，hash算法主要是防止篡改的发生，是一种校验机制，最后数字证书，保证了服务器在将非对称加密算法的公钥传给浏览器时的安全性(不会被中间人篡改)，同时也标志了服务器的身份。
2）HTTPS的四大金刚：
非对称加密算法(对称加密算法的秘钥) + 对称加密算法(加密内容) + 数字证书(防止篡改非对称加密算法的公钥) + HASH算法(防止篡改消息)== HTTPS
3）HTTPS的本质是什么？
HTTPS的本质就是在HTTP连接发起之前，先使用SSL/TLS协议，协调客户端和服务端，在两端各自生产一个对称加密算法的秘钥，
然后使用普通的HTTP协议传输 经过对称加密算法加密的网页内容。因为对称加密算法的秘钥是安全的，所以对称加密算法加密的网页内容也是安全的。
分类: HTTP/HTTPS,Java 加密/解密