HTTPS如何保证数据传输安全?底层是如何实现的?据说大部分人都不知道

HTTPS如何保证数据传输安全性

  • HTTPS如何保证数据传输安全性
    • HTTP 为什么不安全
      • 窃听风险
      • 篡改风险
      • 冒充风险
    • HTTPS如何解决这些安全问题
      • HTTPS非对称加密和对称加密
      • 中间人伪造证书
      • 浏览器是如何确保 CA 证书的合法性?
      • 用了HTTPS就一定安全吗
      • 总结

HTTPS如何保证数据传输安全性

大家都知道HTTPS比HTTP安全,而HTTP的不安全在哪些方面?以及HTTPS是如何保证数据传输的安全性?
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HTTP 为什么不安全

HTTP 由于是明文传输,主要存在三大风险:窃听风险、篡改风险、冒充风险。

窃听风险

HTTPS在传输数据时是明文方式,数据传输过程中可能会被抓取(抓包),从而信息有泄露风险
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篡改风险

中间人可以篡改报文内容后再发送给对方,风险极大。
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冒充风险

比如你以为是在和某宝某东通信,但实际上是在和一个钓鱼网站通信。
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HTTPS如何解决这些安全问题

  • 为什么用来HTTPS就是安全的
  • HTTPS的底层原理是如何实现的
  • 用了HTTPS就一定安全吗

HTTPS非对称加密和对称加密

知道了HTTP存在的风险后,来看看HTTPS是如何解决这些问题的。本文将从原理上把HTTPS将透彻。

HTTPS协议之所以是安全的是因为HTTPS协议在传输数据时进行了加密,而加密过程是使用了非对称加密实现。
但其实,HTTPS在内容传输的加密上使用的是对称加密,,非对称加密只在证书验证阶段。

HTTPS的真个过程分为证书验证和数据传输阶段,具体的交互过程如下图:
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证书验证阶段:

  • 浏览器发起HTTPS请求。
  • 服务端返回HTTPS证书。
  • 客户端验证证书是否合法,如果不合法则提示警告。
    数据传输阶段:
  • 当证书验证合法后,在本地生成随机数。
  • 通过公钥加密随机数,并把加密后的随机数传输到服务端。
  • 服务端通过私钥对随机数进行解密。
  • 服务端通过客户端传入的随机数构造对称加密算法,对返回结果内容进行加密后传输。

非对称加密的加解密效率是非常低的。而且HTTP的应用场景中通常端与端之间存在大量的交互,非对称加密的效率是无法接受的。
另外,在HTTPS的场景中只有服务端保存了私钥,一对公钥只能实现单向的加解密,所以HTTPS中内容传输加密采用的是对称加密而不是非对称加密。
对称加密具有加解密速度快,性能高的特点,也是 HTTPS 最终采用的加密形式

中间人伪造证书

HTTP 协议被认为不安全是因为传输过程容易被监听者勾线监听、伪造服务器,而 HTTPS 协议主要解决的便是网络传输的安全性问题。首先我们假设不存在认证机构,任何人都可以制作证书,这带来的安全风险便是经典的“中间人攻击”问题。
“中间人攻击”的具体过程如下:HTTPS如何保证数据传输安全?底层是如何实现的?据说大部分人都不知道_第6张图片
过程原理如下:

  • 本地请求被劫持(如 DNS 劫持等),所有请求均发送到中间人的服务器。
    中间人服务器返回中间人自己的证书。
  • 客户端创建随机数,通过中间人证书的公钥对随机数加密后传送给中间人,然后凭随机数构造对称加密对传输内容进行加密传输。
  • 中间人因为拥有客户端的随机数,可以通过对称加密 算法 进行内容解密。
  • 中间人以客户端的请求内容再向正规网站发起请求。
  • 因为中间人与服务器的通信过程是合法的,正规网站通过建立的安全通道返回加密后的 数据 。
  • 中间人凭借与正规网站建立的对称加密 算法 对内容进行解密。
  • 中间人通过与客户端建立的对称加密 算法 对正规内容返回的 数据 进行加密传输。
  • 客户端通过与中间人建立的对称加密 算法 对返回结果 数据 进行解密。

由于缺少对证书的验证,所以客户端虽然发起的是 HTTPS 请求,但客户端完全不知道自己的网络已被拦截,传输内容被中间人全部窃取。

浏览器是如何确保 CA 证书的合法性?

证书包含什么信息?

证书包含信息如下:

  • 颁发机构信息
  • 公钥
  • 公司信息
  • 域名
  • 有效期
  • 指纹

证书的合法性依据是什么?
首先,权威机构是要有认证的,不是随便一个机构都有资格颁发证书,不然也不叫做权威机构。

另外,证书的可信性基于信任制,权威机构需要对其颁发的证书进行信用背书,只要是权威机构生成的证书,我们就认为是合法的。

所以权威机构会对申请者的信息进行审核,不同等级的权威机构对审核的要求也不一样,于是证书也分为免费的、便宜的和贵的。

浏览器如何验证证书的合法性?

浏览器发起 HTTPS 请求时,服务器会返回网站的 SSL 证书。
浏览器需要对证书做以下验证:

  • 验证域名、有效期等信息是否正确。证书上都有包含这些信息,比较容易完成验证。
  • 判断证书来源是否合法。每份签发证书都可以根据验证链查找到对应的根证书,操作系统、浏览器会在本地存储权威机构的根证书,利用本地根证书可以对对应机构签发证书完成来源验证。
  • 判断证书是否被篡改。需要与 CA 服务器进行校验。
  • 判断证书是否已吊销。通过 CRL(Certificate Revocation List 证书注销列表)和 OCSP(Online Certificate Status Proto col 在线证书状态协议)实现。其中 OCSP 可用于第 3 步中以减少与 CA 服务器的交互,提高验证效率。
    以上任意一步都满足的情况下浏览器才认为证书是合法的。

既然证书是公开的,如果要发起中间人攻击,我在官网上下载一份证书作为我的服务器证书,那客户端肯定会认同这个证书是合法的,如何避免这种证书冒用的情况?
其实这就是非加密对称中公私钥的用处,虽然中间人可以得到证书,但私钥是无法获取的。
一份公钥是不可能推算出其对应的私钥,中间人即使拿到证书也无法伪装成合法服务端,因为无法对客户端传入的加密 数据 进行解密。

只有认证机构可以生成证书吗?

如果需要浏览器不提示安全风险,那只能使用认证机构签发的证书。
但浏览器通常只是提示安全风险,并不限制网站不能访问,所以从技术上谁都可以生成证书,只要有证书就可以完成网站的 HTTPS 传输。
例如早期的 12306 采用的便是手动安装私有证书的形式实现 HTTPS 访问。

用了HTTPS就一定安全吗

本地随机数被窃取怎么办?

证书验证是采用非对称加密实现,但是传输过程是采用对称加密,而其中对称加密 算法 中重要的随机数是由本地生成并且存储于本地的,HTTPS 如何保证随机数不会被窃取?

其实 HTTPS 并不包含对随机数的安全保证,HTTPS 保证的只是传输过程安全,而随机数存储于本地,本地的安全属于另一安全范畴,应对的措施有安装杀毒软件、反木马、浏览器升级修复漏洞等。

用了 HTTPS 会被抓包吗?

HTTPS 的 数据 是加密的,常规下抓包工具代理请求后抓到的包内容是加密状态,无法直接查看。

但是,正如前文所说,浏览器只会提示安全风险,如果用户授权仍然可以继续访问网站,完成请求。

因此,只要客户端是我们自己的终端,我们授权的情况下,便可以组建中间人网络,而抓包工具便是作为中间人的代理。

通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是会生成一个证书,用户需要手动把证书安装到客户端中,然后终端发起的所有请求通过该证书完成与抓包工具的交互。

然后抓包工具再转发请求到服务器,最后把服务器返回的结果在控制台输出后再返回给终端,从而完成整个请求的闭环。

既然 HTTPS 不能防抓包,那 HTTPS 有什么意义?HTTPS 可以防止用户在不知情的情况下通信链路被监听,对于主动授信的抓包操作是不提供防护的,因为这个场景用户是已经对风险知情。

要防止被抓包,需要采用应用级的安全防护,例如采用私有的对称加密,同时做好移动端的防反编译加固,防止本地 算法 被破解。

总结

HTTPS 为什么安全?

因为 HTTPS 保证了传输安全,防止传输过程被监听、防止 数据 被窃取,可以确认网站的真实性。

HTTPS 的传输过程是怎样的?

客户端发起 HTTPS 请求,服务端返回证书,客户端对证书进行验证,验证通过后本地生成用于改造对称加密 算法 的随机数。

通过证书中的公钥对随机数进行加密传输到服务端,服务端接收后通过私钥解密得到随机数,之后的 数据 交互通过对称加密 算法 进行加解密。

为什么需要证书?

防止“中间人”攻击,同时可以为网站提供身份证明。

使用 HTTPS 会被抓包吗?

会被抓包,HTTPS 只防止用户在不知情的情况下通信被监听,如果用户主动授信,是可以构建“中间人”网络,代理软件可以对传输内容进行解密。
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