网络协议 -- HTTPS

加密

在对称加密算法中，加密和解密使用的密钥是相同的，因此，对称加密算法要保证安全的话，密钥需要保密
在非对称加密算法中，加密和解密使用的密钥是不相同的，一把是公钥，一把是私钥
- 公钥加密的信息，只有私钥才能解密，私钥加密的信息，只有公钥才能解密
在效率和性能方面，对称加密算法要优于非对称加密算法

对称加密

浏览器与服务器约定一个密钥，浏览器发送请求的时候用这个密钥进行加密，服务器用同样的密钥解密
但如何约定密钥呢？假设用密钥B的来加密密钥A，但又怎么约定密钥B呢，因此这样会陷入死循环

非对称加密

非对称加密的私钥放在服务器，不会在网络上传输，保证私钥的私密性，而私钥对应的公钥是可以在网上随意传播的
浏览器用服务器的公钥加密信息发送给服务器，中间哪怕被黑客截获，也是无法解密的，因为只能用服务端的私钥解密
- 但服务器响应的信息却是所有人都能解密，因为是用服务器的私钥加密的，用对应的公钥就能够解密 – 不安全
另外，如果只有一对公钥私钥，黑客是可以模拟正常的用户行为，因为服务器的公钥是公开的
由此看来，一对公钥私钥是不够的，浏览器也需要自己的公钥和私钥
- 浏览器请求服务器时，用服务器的公钥加密；而服务器响应浏览器时，用浏览器的公钥加密
- 这样，黑客就没有办法去模拟浏览器去获取信息，或者截取响应消息，因为黑客没有浏览器或服务器的私钥，无法解密

数字证书

公钥只能解决你是你的问题，但不能解决你是谁的问题，因此需要借助证书
由于所有人都能创建私钥和公钥，因此需要权威部门介入，而权威部门颁发的称为证书（Certificate）
证书的内容包括公钥、证书的所有者、证书的发布机构、证书的有效期
生成证书需要发起一个证书请求，然后发给一个权威机构（CA，Certificate Authority）去认证
权威机构会用自身的私钥给证书签名（签名算法）

签名证书

对信息做一个Hash计算，得到一个Hash值，这个过程式不可逆的
用CA的私钥将这个Hash值加密作为一个签名，然后和信息一起发出去
简单表述：signature = encrypt(hash(msg), ca_private_key)
背书：CA用自己的私钥给网站A的公钥签名!!

Issuer：谁颁发的；Subject：证书是颁发给谁的；Validity：证书期限，Public Key：公钥内容；Signature Algorithm：签名算法

openssl x509 -in server-cert.pem -noout -text
Certificate:
    Data:
        Version: 1 (0x0)
        Serial Number: 11689652687981033366 (0xa239fd2f6eccb796)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer:
        Validity
            Not Before: Aug 19 03:53:44 2019 GMT
            Not After : Aug 18 03:53:44 2020 GMT
        Subject: CN=zhongmingmao.me
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (4096 bit)
                Modulus:
                    00:be:75:a7:9d:85:c1:a5:d1:e7:d6:59:66:6e:3a:
                    ...
                    3a:6a:e9
                Exponent: 65537 (0x10001)
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         a5:b9:65:10:4e:46:50:1e:3f:b0:ae:3f:bf:a0:88:94:e4:e2:
         ...
         c2:ca:81:06:e4:9c:6b:66

层层授信

这样一来，浏览器从网站A得到的不再是一个公钥，而是会得到一个证书，该证书会有一个签发机构CA
只需要得到该签发机构CA的公钥，去解密网站A的证书的签名，如果解密成功，Hash也对的上，说明网站的公钥没什么问题
验证证书的过程中，需要CA的公钥，那如何确定CA公钥是对的？
- CA的公钥需要更高级的CA给它签名，然后形成CA证书
- 要想知道某个CA的证书是否可靠，需要查看CA的上级证书的公钥，能不能解开这个CA的签名
- 这样层层上去，直到rootCA，做最后的背书，通过这种层层授信背书的方式，保证非对称加密模式的正常运转

HTTPS的工作模式

非对称加密在性能上不如对称加密
非对称加密的公钥密钥主要用于传输对称加密的密钥，而真正的大量数据通信通过对称加密完成

登录HTTPS网站时，客户端会首先发送Client Hello消息到服务器
- 以明文传输TLS版本信息、加密套件候选列表、压缩算法候选列表
- 另外还会有一个随机数，用户后续的对称密钥协商
网站会返回Server Hello消息
- 告诉客户端，服务器选择使用的协议版本、加密套件、压缩算法
- 另外还会有一个随机数，用户后续的对称密钥协商
网站会发送Server Certificate消息，里面包含服务器端的证书，最后网站会发送Server Hello Done消息
客户端肯定不会直接信任该证书，于是会从它自己信任的CA仓库中，拿CA证书的公钥去解密网站的证书
- 如果能成功，说明网站是可信的
- 这个过程可能会不断地往上追溯，直到一个授信的CA
客户端在验证完服务端的证书后，会计算产生随机数pre-master，发送Client Key Exchange
- 用服务器证书中的公钥加密，再发送给服务器，服务器可以通过私钥进行解密
- 到目前为止，无论是客户端还是服务器，都已经有了三个随机数
- 通过这三个随机数，可以在客户端和服务端产生相同的对称密钥
计算出对称密钥后，客户端会发送Change Cipher Spec消息，表示后面都采用协商的通信密钥和加密算法进行加密通信
客户端发送Encrypted Handshake Message消息
- 将已经商定好的参数，采用协商密钥进行加密，发送给服务器用于数据和握手验证
服务器也可以发送Change Cipher Spec消息和Encrypted Handshake Message消息，目的与客户端的一致
当双方握手结束后，就可以用对称密钥进行加密传输了
- 这个过程除了加密解密外，其他过程与HTTP是一样的
上面的过程只包含了HTTPS的单向认证，即客户端验证服务器端的证书
- 在对安全要求更严格的场景下，可以启用双向认证，即服务器也会验证客户端的证书

重放和篡改

重放
- 有了加密和解密，黑客即使截获了包，也无法打开，但可以选择重放
- 解决方案：把Timestamp和Nonce随机数联合起来，做一个不可逆的签名
- Nonce随机数保证唯一，或者Timestamp和Nonce随机数联合起来保证唯一，同样的请求只接受一次
- 服务器多次收到相同的Timestamp和Nonce随机数，则视为无效
篡改
- 签名是不可逆的，相当于具有了不可篡改性
- 黑客只能修改Timestamp和Nonce随机数，但无法修改签名，服务器用签名算法解出来会发现两者对不上，会直接丢弃

小结

加密分为对称加密和非对称加密
- 对称加密效率高，但无法解决密钥传输问题
- 非对称加密可以解决这个问题，但效率不高
非对称加密需要通过证书和权威机构CA来验证服务端公钥的合法性
HTTPS是综合了对称加密算法和非对称加密算法的HTTP协议，既能保证传输安全，又能保证传输效率

原文:大专栏网络协议 -- HTTPS

加密

对称加密

非对称加密

数字证书

签名证书

层层授信

HTTPS的工作模式

重放和篡改

小结

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