我们来谈谈https

       

 

"这一封信只是得到它要回答问题，那个答案早已点燃在心里" 

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一、 http明文传输

        紧接上文这仍然是一款拙劣的http服务器，我们此时在用户数输入栏输入数据信息并提交表单。我们先来认识认识使用到的两个工具软件。

1.PostMan

 postman是一款支持http协议的接口调试与测试工具,其主要特点就是功能强大,使用简单且易用性好。

2. Fiddler

        Fiddler是一个http协议调试代理工具，它能够记录并检查所有你的电脑和互联网之间的http通讯，设置断点，查看所有的“进出”Fiddler的数据。

         我们通过抓包工具，能够很轻易地将用户数据捕获。 

       

PostMan vs Fiddler

        我们看到这两个工具 都能够发送http报头和接收远端响应的http报文，那么它们两者的区别在于什么呢？

        两者都是测试接口工具。

         但是Fiddler更像是一个代理服务器，它会捕获本地浏览器访问远端服务器的报头信息，并转发，而PostMan拥有自己的Post、Get方法请求，能够模拟和浏览器一样的行为，直接向远端服务器发起http请求。       

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        话说回来，发送的报头信息被截获，我们能够看到用户输入的真实数据。这正常吗？正常！因为http本来就是明文传输，可是将用户数据如此暴露在网路环境中，并且轻易能被抓包工具窃取或监听其中的信息，这是不安全的，且不能容忍的！

二、 https 

(1)  为什么数据需要被加密？

        这是一个没有被劫持的正常下载链接，

        受到劫持时，我们源下载被替换成了QQ浏览器！         由于我们通过⽹络传输的任何的数据包都会经过运营商的⽹络设备(路由器,交换机等),那么运营商的⽹络设备就可以解析出你传输的数据内容,并进⾏篡改。当然，不止是数据明文传过运营商会被劫持或者修改。这些明⽂数据会经过路由器、wifi热点、通信服务运营商、代理服务器等多个物理节点，每一个节点都可能出现被劫持的情况。

        当然，不仅仅是运营商可以进行劫持，其他的⿊客也可以⽤类似的⼿段进⾏劫持,来窃取⽤⼾隐私信息,或者篡改内容。让Client和Sever都没法察觉双方的通信是否已经被劫持或者受到监听。       

        这也叫做，"中间人攻击" 。

        因此，在互联网中，明文传输是很危险的事情 ！

(2) 什么是Https？

        HTTPS 也是⼀个应⽤层协议. 是在 HTTP 协议的基础上引⼊了⼀个加密层。而Http协议的内容是按照文本的明文方式传输，当数据在网路中进行传输时，可能会发生泄漏甚至是被篡改的情况！

        我们站在 " 四层网络模型来看 ":

        可以看出，http\https都是应用层上的协议。但是如何区别一个请求报头是基于https还是http协议？ 实际上是根据port端口号来进行区别。

        80: http 默认端口号

        443: https 默认端口号

        到了https这里，数据传输就不再是 "明文传输",而是给传输的数据加了一层 "密文"。

(3) 如何理解密文？        

         因此，在https在网络中根本不是传输的原始数据，而是通过  "加密"过后的密文 ，此时本地和对端各自持有一把 "秘钥",能对 "加密"后的数据进行解密拿到原始数据，从而让 没有持有  "秘钥"的中间人，既是监听获取到 密文，而束手无策。

        

(4) https常见的加密方式

对称加密:

        采⽤ “单钥密码系统” 的加密⽅法，同⼀个密钥可以同时⽤作信息的加密和解密，这种加密⽅法称为对称加密，也称为单密钥加密，特征：加密和解密所⽤的密钥是相同的。

常⻅对称加密算法：

        DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等

特点: 

        算法公开、计算量⼩、加密解密速度快、加密效率⾼。

非对称加密:

        采用两个密钥来进⾏加密和解密，这两个密钥是公开密钥(publickey，简称公钥)和私有密钥(privatekey，简称私钥)。
 

常⻅⾮对称加密算法(了解)：

        RSA，DSA，ECDSA

特点：

        算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，⽽使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。

        其中，公钥与私钥可以互相对着用：

①• 通过公钥对明⽂加密,变成密⽂
    • 通过私钥对密⽂解密,变成明⽂

②• 通过私钥对明⽂加密,变成密⽂
    • 通过公钥对密⽂解密,变成明⽂

数据摘要&&数据指纹:
        数字指纹(数据摘要),其基本原理是利⽤单向散列函数(Hash函数)对信息进⾏运算,⽣成⼀串固定⻓度的数字摘要。数字指纹并不是⼀种加密机制,但可以⽤来判断数据有没有被窜改。

摘要常⻅算法：

有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等，算法把⽆限的映射成有限，因此可能会有碰撞（两个不同的信息，算出的摘要相同，但是概率⾮常低）。

        同加密不同，数据摘要不是严格的加密方式，因为它不具有解密这样的逆过程。摘要通常不是用来比对原数据怎样，因为这很难反推原数据信息，而是用来 进行 “数据比对” ！

        我们在来看看如下网盘的例子，一个网盘 不会存储多个用户的相同资源，毕竟本质一种资源浪费。

         再举个例子:

        一个数据库管理员，直接通过查表的方式，就能得到用户真实的数据查询出来也是尚且不妥的。

        上述图片是对mysql中用户数据的查询，它 本质上就是一个 通过一些算法形成的 ”数据摘要”。

        

数字签名:

        将原始数据形成的摘要，进行特殊算法进行加密，就形成了数字签名。

        

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三、https如何进行加密？

        回归本篇的集中探讨的问题: 为什么需要https？emmm...因为http是明文传输的，已经验证过明文传输对于一些用户的隐私数据而言，这无疑是 “裸奔”，是不安全的。而解决网络传输中不安全的问题，无非致力于 两个问题:

        ① 数据被监听

        ② 数据被篡改

        唔，你说的我都懂，上面也说了https拥有对称加密，非对称加密等等方式，保障用户数据在从传输过程中的安全性。可是怎么加密的呢？双方的过程又是 怎样的呢？ 

        并且一个极其重要的问题，要进行正常加密通信之前，你总得保证通信双方都能安全获取秘钥吧~

        

(1) 只使用对称加密

         唔，这很好，客户端与服务器在建立连接时,Client就从Server端 获取秘钥，并对数据进行加密并之后进行传输。 正因为黑客 压根不知道服务端的秘钥是什么，所以，它无法对加密的数据进行解密！很好地保护了用户数据的传输过程。

        但事实真的是这么简单嘛？

        你可别忘了，中间人是贯穿通信过程的始终的。服务端向客户端发送 "秘钥信息时"，它是不是明文呢？ 是的！那么它需不需要进行加密传输？ 是的！这也就成了，“先有鸡还是先有蛋”的问题。否则，如果将秘钥信息进行明文传输，黑客 也十分欢心地轻易拿到秘钥，这所谓的 加密过程，也就形同虚设。

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(2) 只使用非对称加密

        鉴于⾮对称加密的机制，让服务器先把 "公钥" 以明⽂⽅式传输给 客户端，之后 "客户端" 向服务器传数据前，都先⽤这个 "公钥加密" 好再传，因为中间人是没有"私钥",因此无法破解加密后的传输数据。因此客⼾端到服务器的传输 "是安全的" (这里只是暂时这么认为！！！)。
         可是，现在你又如何保证 "服务端" 到  "客户端" 的传输安全呢？ 你显然不能荒唐到传私钥给客户端，以便让客户端可以解密公钥加密的内容，因为那样做，中间人也可以拿到私钥了，之前做的努力全都付诸东流……

        

双方都使用非对称秘钥:

        为解决这个问题，你忽然脑袋瓜子一拍，并很高兴地分析这其中的可行性。

1.服务端拥有公钥S与对应的私钥S'，客⼾端拥有公钥C与对应的私钥C'

2.客⼾和服务端交换公钥

3.客⼾端给服务端发信息：先⽤S对数据加密，再发送，只能由服务器解密，因为只有服务器有私钥S'

4.服务端给客⼾端发信息：先⽤C对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有私钥C'    

         这可行嘛？答案是当然不行。首先从效率上就吃太多亏了！本来非对称性加密的效率就低于对称加密，而你倒好，直接让双方都使用非对称加密。况且，一个服务器显然不是只为你一台主机服务，势必也有会其他更多的主机需要这种 双方交互的非对称公钥，服务器需要维护这众多的关系……这是个很⿇烦的事情~

        和上述的方案一样，这里也只是暂时认为它安全。但实际它是不安全的~

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(3) 非对称加密+对称加密

        我们首先着眼于解决效率问题。

1. 服务端具有⾮对称公钥S和私钥S'，客⼾端发起https请求，获取服务端公钥S。

2. 客⼾端在本地⽣成对称密钥C,并通过公钥S加密,发送给服务器。

3. 服务器通过私钥S'解密,还原出客⼾端发送的对称密钥C.并且使⽤这个对称密钥加密给客⼾端返回的响应数据.

        由于中间的⽹络设备没有私钥,即使截获了数据,也⽆法还原出内部的原⽂,也就⽆法获取到对称密钥。服务器通过私钥P'解密,还原出客⼾端发送的对称密钥C.并且使⽤这个对称密钥加密给客⼾端返回的响应数据。后续客⼾端和服务器的通信都只⽤对称加密即可.由于该密钥只有客⼾端和服务器两个主机知道,其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义。

        emmm到现在看来，效率得到了一定的提升，并且通过非对称加密的方式，保障了对称秘钥在明文传输过程中的安全。现在效率得到了一定的提升，并且通过非对称加密的方式，保障了对称秘钥在明文传输过程中的安全。

        可是真的是这样嘛？ 中间人如果截获数据，因为没有秘钥而无法还原出原始报文的真实数据嘛？其实上述的几个方案，共同都忽略了一个问题，那就是 "中间人贯穿通信过程的始终"。它完完全全不会等到你 那么轻松地完成秘钥的交换！

    

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(4) 中间人攻击 

        Man-in-the-MiddleAttack，简称“MITM攻击”。对于非对称+对称的方式进行加密传输，如果中间人在它们握手协商时就进行攻击，那么就会很简单获取双方各自的秘钥信息。

服务器具有⾮对称加密算法的公钥P，私钥P`。
中间⼈具有⾮对称加密算法的公钥MP，私钥MP`。

中间⼈劫持数据报⽂，提取公钥S并保存好，然后将被劫持报⽂中的公钥S替换成为⾃⼰的公钥M，并将伪造报⽂发给客⼾端。

客户端用拿到被篡改过的公钥MP,加密自己的对称秘钥C。

中间⼈劫持后，直接⽤⾃⼰的私钥MP`进⾏解密，得到通信秘钥C，再⽤曾经保存的服务端公钥P用拿到的对称秘钥C加密后，将报⽂推送给服务器。

服务器拿到报⽂，⽤⾃⼰的私钥P'解密，得到通信秘钥C。

双⽅开始采⽤X进⾏对称加密，进⾏通信。但是⼀切都在中间⼈的掌握中，劫持数据，进⾏窃听甚⾄修改，都是可以的。

         此时，一波偷梁换柱，直接让通信双方在不察觉的情况下，正快快乐乐地认为安全、高效的通信，实际上是被监听着的！实际上是已经被替换、篡改过的！

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        这怎么解决呢？答案是 现目前是结局不了的！当然 也并非放任不管！

        上述方案看似能够进行“安全地”通信，但最终结果可能事与愿违，其本质在于什么呢？

        "客⼾端⽆法确定收到的含有公钥的数据报⽂，就是⽬标服务器发送过来的~"，换句话说解决方案应该围绕: " 客户端如何识别服务端发过来的 合法的公钥！ "。

(5) CA证书

        CA(Certificate Authority，证书授权)是由认证机构服务者签发，是数字签名的技术基础保障，也是网上实体身份的证明，能够证明某一实体的身份及其公钥的合法性，证明该实体与公钥二者之间的匹配关系。                                                                                取自这里

        服务端在使⽤HTTPS前，需要向CA机构申领⼀份数字证书，数字证书⾥含有 "证书申请者信息、公钥信息" 等等 。

        当客户端登录浏览器，访问服务器时，服务器会把该CA证书传输给浏览器，客户端只需要从证书⾥获取公钥就⾏了。证书就如⾝份证，证明服务端公钥的权威性。
 

证书的认证信息:
        • 证书发布机构
        • 证书有效期
        • 公钥
        • 证书所有者
        • 签名
        • ......

需要注意的是：申请证书的时候，需要在特定平台⽣成查，会同时⽣成⼀对⼉密钥对⼉，即公钥和私钥。

这对密钥对⼉就是⽤来在⽹络通信中进⾏明⽂加密以及数字签名的。

其中公钥会随着CSR⽂件，⼀起发给CA进⾏权威认证，私钥服务端⾃⼰保留，⽤来后续进⾏通信（其实主要就是⽤来交换对称秘钥）。

秘钥文件

数据签名: 

 

如何理解CA证书的认证策略？

        要理解CA证书的认证策略，其根本在于理解  "数据签名"。

         此时，中间人攻击无非就致力于两头，一个是对 明文信息 进行篡改，一个是对 数据签名进行篡改！

        因此，中间人无法对局部数据做出任何更改，无论是明文信息，还是数据签名！ 

        而数据签名的本质作用就在于， " 防止 明文信息被篡改！”。如何防止的呢？ CA机构有自己的私钥！

       

受信用的CA机构和证书查看

       

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        下面以一些提问的方式，来作为本篇文章的结束。

总结:

(1) 中间⼈有没有可能篡改该证书？

• 中间⼈篡改了证书的明⽂，客⼾端收到该证书后会发现 "明⽂" 摘要和 "签名"解密后形成的摘要两者值不⼀致时，则说明证书已被篡改，该证书不可信，从⽽终⽌向服务器传输信息，防⽌信息泄露给中间⼈。
• 由于他没有CA机构的私钥，所以⽆法 "在hash之后⽤私钥" 加密形成 "签名"，那么也就没法办法对篡改后的证书形成匹配的签名。

(2) 中间⼈整个掉包证书？

• 因为中间⼈没有CA私钥，所以⽆法制作假的证书。

• 所以中间⼈只能向CA申请真证书，然后⽤⾃⼰申请的证书进⾏掉包。然而，真的证书会需要 完善的认证信息，没有哪一个黑客想这些信息被暴露。

• 永远记住：中间⼈没有CA私钥，所以对任何证书都⽆法进⾏合法修改，包括⾃⼰的。

(3) 为什么摘要内容在⽹络传输的时候⼀定要加密形成签名?

        常⻅的摘要算法有:MD5和SHA系列。摘要算法的过程是不可逆的，但是两个相同的内容进行摘要，得到的值一定是相同的！只要其中有一点点值不一样，摘要出来的内容差别会很大。例如，证书一旦有内容被篡改，摘要过后的值，一定和解密签名时的摘要 大相径庭。

(4) 为什么签名不直接加密，⽽是要先hash形成摘要?

        数据摘要(数据指纹)的本质就是缩小密文长度，形成一个固定长短的字符串，加快加密的运算效率。

这个就是完整的一套https加密通信的过程: CA证书 + 非对称秘钥 + 对称秘钥

本篇就到此结束，感谢你的阅读。

祝你好运，向阳而生~