https通信加密原理

为什么要用https

HTTP 由于是超文本传输协议，是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在TCP之上，它是明文传输，不能保证数据的完整性，不能保证是否被窃听，不能保证数据是否被篡改

https采用了一些加解密，数字证书，数字签名的技术保证了通信的安全，一般我们认为安全的通信需要包括以下四个原则:：机密性、完整性，身份认证和不可否认。

• 机密性：即对数据加密，解决了窃听风险，因为即使被中间人窃听，由于数据是加密的，他也拿不到明文；
• 完整性：指数据在传输过程中没有被篡改，如果修改，接收方也能识别出来，从来判定接收报文不合法；
• 身份认证：确认对方的真实身份，这样就解决了冒充风险，用户不用担心访问的是某宝结果却在和钓鱼网站通信的问题；
• 不可否认: 即不可否认已发生的行为，比如小明向小红借了 1000 元，但没打借条，或者打了借条但没有签名，就会造成小红的资金损失。

HTTPS 通信原理简述

首先要了解有哪些加密算法，都有哪些特点

1. 对称加密算法
   加解密都用的同一个秘钥，用同一个秘钥加密，同一个秘钥解密
   加解密速度快
   适合加密大量数据
   常用的对称加密算法有 AES、DES、3DES、RC4、SM4 等。
2. 非对称加密算法
   有一对秘钥，公钥和私钥，公钥加密私钥解密，私钥加密公钥解密
   （注：私钥加密其实这个说法其实并不严谨，准确的说私钥加密应该叫私钥签名。因为私密加密的信息公钥是可以解密的，而公钥是公开的，任何人都可以拿到，用公钥解密叫做验签。）
   加密算法复杂，加密速度慢
   比较安全
   常用的非对称加密算法有RSA、DSA、SM2
3. 哈希算法，也叫散列算法，也叫摘要算法
   不可逆，只能加密，无法解密
   哈希函数输出长度必须是固定的，并且与输入长度无关
   一般用来验证数据的完整性
   常用的哈希算法有SM3,、md5、SHA1、SHA256

实现对称加密，需要三项，确定对称加密算法，生成对称秘钥（一个随机数，一般一次一秘，每一次的通信都会重新生成），明文
实现非对称加密，也需要三项，确定非对称加密算法，公钥（一般一个网站有一组公私钥对），明文
实现哈希算法，需要两项，确定哈希算法，明文，生成固定长度密文

对称加密报文

既然 HTTP 是明文传输的，那我们给报文加密不就行了，对称加密有具有加解密速度快，性能高的特点，也是 HTTPS 最终采用的加密形式。 所以使用对称加密的方式来给报文进行加解密。
但是这里有一个关键问题：对称加密的通信双方要使用同一把密钥，这个密钥是如何协商出来的？如果通过报文的方式直接传输密钥，之后的通信其实还是在裸奔，因为这个密钥会被中间人截获甚至替换掉，这样中间人就可以用截获的密钥解密报文，甚至替换掉密钥以达到篡改报文的目的。

非对称加密结合对称加密算法

这个时候就用到了非对称算法，解决单向对称密钥的传输问题 公钥加密只能私钥解密，而私钥只有服务器有，不在中间传输。用非对称算法的公钥加密对称秘钥，用对称秘钥加密报文，服务器端先用私钥解密出对称秘钥，再解密出报文，这样就实现了加密传输的安全。

但是问题又来了， server 怎么把公钥安全地传输给 client 呢。如果直接传公钥，也会存在被中间人调包的风险。这个时候就用到了数字证书，解决公钥传输信任问题

数字证书

服务器得去公证人这里先登记，把服务器的公钥、网站域名等等信息报上去，公证人拿到这些信息后，计算一个 Hash 值，然后再用公证人的 私钥 把Hash值进行加密，加密后的结果就是 数字签名。最后，公证人把登记的信息和这个数字签名合在一起，封装了一个新的文件发给服务器，登记就完成了，而这个新的文件就是数字证书。

服务器拿到证书后，可要好生保管，因为通信的时候，服务器须要将他们的证书发给我们浏览器验证。我们浏览器拿到证书后，把证书里面的信息也计算一遍Hash，再用提前记录好的 公证人的公钥 把证书里的数字签名进行解密，得到公证人计算的Hash，两个一对比，就知道这证书是不是公证人签发的，以及有没有被篡改过了！只有验证成功才能继续后面的流程，要不然就是冒充的！

由于只有 CA 的公钥才能解密签名，如果客户端收到一个假的证书，使用 CA 的公钥是无法解密的，如果客户端收到了真的证书，但证书上的内容被篡改了，摘要比对不成功的话，客户端也会认定此证书非法。如果中间人也向CA申请了证书，劫持客户端的请求，返回自己的证书，也是行不通的，因为客户端会验证网站域名等信息，这一下总算解决了中间人冒充的问题。

抓包

charles 这些中间人为啥能抓到明文的包呢？其实就是用了证书调包这一手法，想想看，在用 charles 抓 HTTPS 的包之前我们先要做什么，当然是安装 charles 的证书。
这个证书里有 charles 的公钥，这样的话 charles 就可以将 server 传给 client 的证书调包成自己的证书，client 拿到后就可以用你安装的 charles 证书来验签等，验证通过之后就会用 charles 证书中的公钥来加密对称密钥了。整个流程如下：

由此可知，charles 这些中间人能抓取 HTTPS 包的前提是信任它们的 CA 证书，然后就可以通过替换证书的方式进行瞒天过海，所以我们千万不要随便信任第三方的证书，避免安全风险。

证书链

我们可以向 CA 申请证书，但全世界的顶级 CA（Root CA） 就那么几个，每天都有很多人要向它申请证书，它也忙不过来。这个时候用到了证书链，它会授权下一级，下下级 ，这样我们就只要找一级/二级/三级 CA 申请证书即可。怎么证明这些证书被 Root CA 授权过了呢，小一点的 CA 可以让大一点的 CA 来签名认证。比如一级 CA 让 Root CA 来签名认证，二级 CA 让一级 CA 来签名认证,Root CA 没有人给他签名认证，只能自己证明自己了，这个证书就叫「自签名证书」或者「根证书」，我们必须信任它，不然证书信任链是走不下去的（这个根证书其实是内置在操作系统中的，在浏览器中可以看到根证书和中间证书和SSL证书，及证书链）
现在我们看看如果站点申请的是二级 CA 颁发的证书，client 收到之后会如何验证这个证书呢，实际上 service 传了传给二级 CA 的证书外，还会把证书信任链也一起传给客户端，这样客户端会按如下步骤进行验证：

1. 浏览器就使用信任的根证书（根公钥）解析证书链的根证书得到一级证书的公钥+摘要验签；
2. 拿一级证书的公钥解密一级证书，拿到二级证书的公钥和摘要验签；
3. 再然后拿二级证书的公钥解密 server 传过来的二级证书，得到服务器的公钥和摘要验签，验证过程就结束了。

HTTPS 通信过程

发起请求、验证身份、协商秘钥、加密会话

一、 客户端向服务端发起ssl请求

1. 告诉服务器自己支持哪些加密算法
2. 客户端生成随机数R1发送给服务端

二、 服务端向客户端发送数字证书（ssl证书）

1. 服务端生成随机数R2
2. 选择一种双方都支持的加密算法
3. 服务端把证书、公钥、随机数R2、会话密钥生成算法，一同发给客户端

三、 客户端验证数字证书

1. 验证数字证书的有效性，首先验证数字证书上的CA证书的根证书是否存在，再使用CA根证书的公钥解密证书签名数据，得到CA机构计算的摘要。然后通过证书里提供的摘要算法对数据（证书中的相关的明文信息）采用相同的散列函数（Hash算法）计算得到信息摘要，然后通过自己生成的摘要与CA机构的摘要比对。如果一致，则可以确认证书的合法性，即公钥合法
2. 验证证书合法性，包括证书是否吊销、是否到期、域名是否匹配，通过后则进行后面的流程
3. 获得证书的公钥、会话密钥生成算法、随机数R2
4. 生成一个随机数R3（预主密钥）。
5. 根据会话密钥算法使用R1、R2，和预主密钥R3生成会话密钥；
6. 用服务端证书的公钥加密随机数R3并发送给服务端。

四、 服务器得到会话密钥

1. 服务器用私钥解密客户端发过来的随机数R3
2. 根据会话秘钥算法使用R1、R2，和预主密钥R3生成会话密钥；

五、 客户端与服务端开始进行加密会话

1. 客户端发送加密数据给服务端
2. 服务端响应客户端（ 解密接收数据：服务端用会话密钥解密客户端发送的数据; 加密响应数据：用会话密钥把响应的数据加密发送给客户端。）
3. 客户端用会话密钥解密服务端响应的数据

六、 客户端与服务端开始进行加密会话