https协议原理浅析

一.为什么需要https协议？

http是一种明文字符串传输协议，传输的数据在网络中很容易被人抓包，并不安全，所以涉及隐私信息的传输，就不能使用http协议，而需要一种更加安全的数据传输协议，https应运而生。
https协议并不是一个新的协议，而是在http协议的基础上使用SSL/TLS对报文进行了一层加密，目的是实现数据的安全传输；通过CA认证进行身份认证；使用哈希算法实现了数据的完整性保护的一种协议。

https协议解决的关于http的三大问题：

1. 通信使用明文，可能会被窃听；
2. 不验证通信方的身份，可能是伪装的中间人；
3. 无法证明报文的完整性，内容可能遭篡改。

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二.加密方式

1.对称密钥加密(共享密钥加密）

加密和解密使用相同的密钥

优点是加解密效率高，缺点是密钥一旦被劫持则加密形同虚设

2.非对称密钥加密(公开密钥加密)

加密和解密使用不同的密钥，公钥加密的数据只能用私钥解密，私钥加密的数据只能用公钥解密

具体流程：
通信过程中，每一端在通信前都生成一对密钥(公钥和私钥)。在通信前，通过广播形式将公钥发送给对端，对端使用收到的公钥进行数据加密然后传输，收到数据后，本端使用私钥进行解密。

主要算法:RSA加密算法

优点是安全度更高；
缺点是加解密复杂度高，效率低下，耗时长；

非对称加密的用法：私钥签名

• 私钥签名的用处？
  验证数据明文的一致性，检测数据在网络传输过程中是否发生了篡改。

• 私钥签名的步骤:
  通信两端分别用A、B表示
  第一步：A用自己的私钥对明文的哈希值进行加密生成密文，把明文和密文(签名)一起发送给B；
  第二步：B用A的公钥对密文进行解密，对解密后的密文哈希值和计算得到的明文哈希值进行对比，如果相同，说明数据明文没有发生改变，否则发生修改。

3.混合加密(https采取的加密方式)

对称加密的加解密效率高，非对称加密的安全性高，因此采取用非对称加密保护对称密钥的协商过程，这就是混合加密

具体流程是：
通信的一端将自己的对称密钥用对方的公钥进行加密后传输给对方，对方用私钥解密后就得到了对称密钥，之后的数据传输使用就使用对称密钥。

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三.身份认证

1.CA证书的申请过程

服务器将自己的公钥和域名等一系列信息发送给权威机构申请一个CA证书；
权威机构会将服务端的公钥、颁发者、有效期等信息也就是证书内容打包并进行哈希运算，计算出一个哈希值；
权威机构用自己的私钥对这个哈希值进行加密，得到证书签名；
最后将证书签名添加到证书中，形成完整的CA证书并返回给服务器；

2.客户端验证服务端身份的过程

客户端向服务端请求CA证书；
服务端将CA证书发送给客户端；
客户端拿到CA证书后，查看权威机构是否是自己信任的权威机构，如果不是，可以自行选择是否添加信任；
通常浏览器和操作系统都集成了权威机构的公钥，因此可以使用权威机构公钥对CA证书中的证书签名进行解密，得到哈希值H1；
客户端使用CA证书中的签名哈希算法计算得到一个哈希值H2；
比较H1和H2是否相等，如果相等则说明证书是可信的，否则证书不可信，可以自行选择是否添加信任；

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四.数据的完整性保护

• 服务端在发送报文之前做的操作：
  用哈希算法对报文计算哈希值；
  用私钥对哈希值加密，形成数字签名；
  将数字签名附加到报文末尾发送给客户端；

• 客户端收到报文之后的操作：
  使用服务器的公钥对数字签名进行解密，得到哈希值H1；
  使用CA证书中的哈希算法对报文计算哈希值，得到H2；
  比较H1和H2是否相同，不相同说明数据被篡改过。

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五.https的完整流程

1.服务器请求颁发CA证书

服务器将自己的公钥和域名等一系列信息发送给权威机构申请一个CA证书；
权威机构会将服务端的公钥、颁发者、有效期等信息也就是证书内容打包并进行哈希运算，计算出一个哈希值；
权威机构用自己的私钥对这个哈希值进行加密，得到证书签名；
最后将证书签名添加到证书中，形成完整的CA证书并返回给服务器；
服务器将CA证书保存到本地；

2.TLS握手

• 客户端向服务端打招呼：
  客户端向服务端发送自己支持的TLS版本、加密套件和一个随机数(称为第一随机数)；
• 服务端向客户端打招呼：
  服务端收到客户端的信息后，向客户端发送自己支持的TLS版本、并从客户端发送的加密套件中选择自己支持的一个、一个随机数(称为第二随机数)；
  服务端向客户端继续发送自己的CA证书；
• 服务端向客户端发送Server Hello Done报文，告诉客户端：服务端打招呼结束；
• 客户端验证服务端身份信息：
  客户端拿到CA证书后，查看权威机构是否是自己信任的权威机构，如果不是，可以自行选择是否添加信任；
  通常浏览器和操作系统都集成了权威机构的公钥，因此可以使用权威机构公钥对CA证书中的证书签名进行解密，得到哈希值H1；
  客户端使用CA证书中的签名哈希算法计算得到一个哈希值H2；
  比较H1和H2是否相等，如果相等则说明证书是可信的，否则证书不可信，可以自行选择是否添加信任；
• 客户端生成一个随机数(称之为预主密钥)，使用服务端的公钥加密，将加密后的数据发送给服务端；
• 服务端收到数据后使用私钥解密，得到预主密钥，并和第一随机数、第二随机数结合一起生成会话密钥；客户端也采用同样的算法生成会话密钥。往后的数据传输就是用会话密钥进行加密，会话密钥是一种对称密钥。

3.数据加密传输

使用会话密钥加解密数据进行通信。