https

之前关于http的文章中我们讲过，GET和POST方法在向服务器进行数据提交的时候，数据是明文传送的，这就会导致数据在传输的过程中会出现一些被篡改的情况，因此就引入了http协议。http之所以安全，是经过了加密，http是位于应用层的协议，
它向下交付就会传入到传输层，而https就是在应用层和传输层之间添加了SSL与TLS协议，一层软件加密层。

概念准备

什么是"加密"

加密就是把明文(要传输的信息)进行一系列变换，生成密文；
解密就是把密文再进行一系列变换，还原成明文；
在这个加密和解密的过程中，往往需要有一个或者多个中间的数据，辅助进行这个过程，这样的数据称为秘钥。

为什么要加密

因为http的内容是明文传输的，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，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全暴露了。劫持者还可以篡改传输的信息且不被双方察觉，这就是中间人攻击，所以我们才需要对信息进行加密。

常见的加密方式

1. 对称加密
   • 采用单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：加密和解密所使用的密钥是相同的
   • 常见的对称加密算法：DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等
   • 特点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
     对称加密其实就是通过同一个"密钥"，把明文加密成密文，并且也能把密文解密成明文
2. 非对称加密
   • 需要两个密钥来进行加密和解密，这两个密钥是公开密钥(public key，简称公钥)和私有密钥(private key，简称私钥)。
   • 常见的非对称加密算法：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。
     公钥和私钥是配对的，最大的特点就是运算速度非常慢，比对称加密要慢很多。
   • 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
     也可以反着用。

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，生成一串固定长度的数字摘要。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篡改。
• 摘要常见算法：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)
• 摘要特征：和加密算法的区别是，摘要严格意义不是加密，因为没有解密，只不过从摘要很难反推原信息，通常用来进行数据对比

数字签名

• 摘要经过加密，就得到数字签名

HTTPS的工作过程

既要保证数据安全，就需要进行加密，加密的方式有很多，但整体可以分为两大类：对称加密和非对称加密

方案1 - 只使用对称加密

通信双方都各自持有同一个密钥X，且没有人知道那么，双方可以正常的通信，但是种方式有一些问题：服务器同一时间会给很多的客户提供服务，每个客户端使用的密钥都必须是不同的，这样服务器就需要维护每个客户端和密钥之间的关系。还有就是密钥在使用之前也是需要传输的，这个传输的过程也需要加密，否则，还是有着被截获的风险。

方案2 - 只使用非对称加密

鉴于非对称加密的机制，如果服务器先把公钥以明文方式传输给浏览器，之后浏览器向服务器传数据前都先用这个公钥加密好再传，从客户端到服务器信道似乎是安全的(有安全问题)，因为只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据。但是服务器到浏览器的这条路无法保证安全，如果公钥被中间人劫持了，那么他也能用公钥解开服务器传来的信息

方案3 - 双方都使用非对称加密

1. 服务端拥有公钥S与对应的私钥S’，客户端拥有公钥C与对应的私钥C’
2. 客户和服务端交换公钥
3. 客户端给服务端发信息：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，只能由客户端解密，因为只有客户端有私钥C’
   这样虽然貌似可以但是效率比较低，同时还有着安全问题。

方案4 - 非对称加密 + 对称加密

1. 服务端具有非对称公钥S和私钥S’
2. 客户端发起https请求，获取服务端公钥S
3. 客户端在本地生成对称密钥C，通过公钥S加密，发送给服务器.
4. 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
5. 服务器通过私钥S’解密，还原出客户端发送的对称密钥C.并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据.
6. 后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可.由于该密钥只有客户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.

但是上述的2、3、4方案都有着一个问题就是，如果从最开始中间人就已经开始攻击了呢？
假设中间人攻击，如果从最开始握手协商的时候就进行了，那么就会存在安全问题。中间人作为中介截取了服务端发送给客户端的公钥S，并将自己的公钥M发送给了客户端，那么当客户端进行返回的时候，就会向中间人返回对称密钥X，中间人再向服务端发送对称密钥X，至此双方的通信就都被窃取了。出现这种情况的本质原因就是客户端无法检验服务端发来的公钥的合法性。

方案5 - 非对称加密 + 对称加密 + 证书认证

引入证书

CA认证
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。服务器把证书传输给浏览器，浏览器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。
下图就是，一个基本的流程：

理解数字签名

下图中的签名者就是CA机构

当服务端申请CA证书的时候，CA机构会对该服务端进行审核，并专门为该网站形成数字签名，过程如
下：

1. CA机构拥有非对称加密的私钥A和公钥A’
2. CA机构对服务端申请的证书明文数据进行hash，形成数据摘要
3. 然后对数据摘要用CA私钥A’加密，得到数字签名S
   服务端申请的证书明文和数字签名S共同组成了数字证书，这样⼀份数字证书就可以颁发给服务端了

CA机构

1. 只能用CA的私钥形成签名，CA私钥只有CA自己知道 - 世界上只有CA能够完成签名的过程
2. 因为CA是权威机构，为了保证合法性，一般OS和浏览器内部，在出厂下载的时候就以及已经内置了CA的公钥

中间人有没有可能篡改该证书？

• 中间人篡改了证书的明文
• 由于他没有CA机构的私钥，所以无法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
• 如果强行篡改，客户端收到该证书后会发现明文和签名解密后的值不⼀致，则说明证书已被篡改，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。

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
• 这个确实能做到证书的整体掉包，但是别忘记，证书明文中包含了域名等服务端认证信息，如果整体掉包，客户端依旧能够识别出来。
• 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
  为什么摘要内容在⽹络传输的时候⼀定要加密形成签名?

常见的摘要算法有：MD5和SHA系列

MD5的特点：

• 定长：无论多长的字符串，计算出来的MD5值都是固定长度(16字节版本或者32字节版本)
• 分散：源字符串只要改变⼀点点，最终得到的MD5值都会差别很大。
• 不可逆：通过源字符串生成MD5很容易，但是通过MD5还原成原串理论上是不可能的。
  正因为MD5有这样的特性，我们可以认为如果两个字符串的MD5值相同，则认为这两个字符串相同。

理解判定证书篡改的过程：(这个过程就好比判定这个身份证是不是伪造的身份证)

假设我们的证书只是⼀个简单的字符串hello，对这个字符串计算hash值(比如md5)，结果为BC4B2A76B9719D91如果hello中有任意的字符被篡改了，比如变成了hella，那么计算的md5值就会变化很大BDBD6F9CF51F2FD8，然后我们可以把这个字符串hello和哈希值BC4B2A76B9719D91从服务器返回给客户端，此时客户端如何验证hello是否是被篡改过?那么就只要计算hello的哈希值，看看是不是BC4B2A76B9719D91即可。但是还有个问题，如果黑客把hello篡改了，同时也把哈希值重新计算下，客户端就分辨不出来了。所以被传输的哈希值不能传输明文，需要传输密文。所以，对证书明文(这里就是“hello”)hash形成散列摘要，然后CA使用自己的私钥加密形成签名，将hello和加密的签名合起来形成CA证书，颁发给服务端，当客户端请求的时候，就发送给客户端，中间人截获了，因为没有CA私钥，就⽆法更改或者整体掉包，就能安全的证明，证书的合法性。最后，客户端通过操作系统里已经存的了的证书发布机构的公钥进行解密，还原出原始的哈希值，再进
行校验。

为什么签名不直接加密，而是要先hash形成摘要?

• 缩小签名密文的长度,加快数字签名的验证签名的运算速度
• 有些加密算法有对于数据长度的要求

完整流程

总结

HTTPS工作过程中涉及到的密钥有三组.

• 第⼀组(非对称加密)：用于校验证书是否被篡改。服务器持有私钥(私钥在形成CSR文件与申请证书时获得)，客户端持有公钥(操作系统包含了可信任的CA认证机构有哪些，同时持有对应的公钥)。服务器在客户端请求是返回携带签名的证书。客户端通过这个公钥进行证书验证，保证证书的合法性，进⼀步保证证书中携带的服务端公钥权威性。
• 第二组(非对称加密)：用于协商生成对称加密的密钥。客户端用收到的CA证书中的公钥(是可被信任的)给随机生成的对称加密的密钥加密，传输给服务器，服务器通过私钥解密获取到对称加密密钥。
• 第三组(对称加密)：客户端和服务器后续传输的数据都通过这个对称密钥加密解密。
  其实一切的关键都是围绕这个对称加密的密钥。其他的机制都是辅助这个密钥工作的。
• 第⼀组非对称加密的密钥是为了让客户端拿到第⼆组非对称加密的公钥。
• 第二组非对称加密的密钥是为了让客户端把这个对称密钥传给服务器。