什么是 HTTPS 的证书信任链？自己给自己发行不行？

互联网应用的网络通信一般都是通过 HTTP，但 HTTP 是明文传输的，容易泄漏信息，所以大多数应用都会升级为 HTTPS。

HTTP 底层是用 TCP 传输的，HTTPS 就是在 TCP 和 HTTP 之间加了一层加密和认证的协议，这一层叫做 SSL/TLS。

为什么叫这个名字呢？

因为最早的时候是 SSL 协议，但是后来发现了漏洞，就改为 TLS 协议了，而且 TLS 协议也在不断的升级，从 1.1、1.2 到了现在的 TLS 1.3。

不管叫 SSL 还是叫 TLS，都是指的这一层。

这一层就实现了加密、身份认证，还有防篡改的功能。

加密很容易理解，就是通过一种加密算法对内容进行处理，生成密文，然后另一端通过解密算法把密文处理成原始内容。

但只有加解密算法还不行，得加入一些随机性，让每次都不一样，所以会有密钥的存在，每次先随机生成密钥，然后通信过程就用这个密钥配合加密算法来进行加解密。

这个密钥是随机生成的，所以只能一端生成以后告诉另一端。

那么问题来了，怎么把这个密钥安全的告诉另一端呢？

这就得用到一种特殊的加密算法 --- 非对称加密了。

这种加密算法特殊在有两个密钥，用一个密钥加密的数据只能另一个密钥解密，那么把一个密钥暴露出去，一个密钥留下，这样用留下的密钥加密的数据，别人都能解密，但是用暴露出去的密钥加密的数据，只有自己能解密。

这个暴露出去的密钥就叫做公钥，留下的密钥叫做私钥。

这样当别人想给你传递一些信息的时候，就通过你暴露出去的公钥对信息加密，别人都解密不了，只有你能解密。这就保证了信息传递的安全性。

就比如说上面提到的密钥传递问题，就可以通过这种公私钥的非对称加密机制来解决。

有的同学可能会问，既然基于公私钥的非对称加密机制能保证安全，为啥还要再传递别的密钥呢？

因为这种非对称加密太慢了，传递几次信息还行，频繁的用这种方式加解密数据的话效率太低了。所以一般只用这种方式来传递会话密钥，保证安全，然后后面用传递的会话密钥来进行数据加解密。

前面提到 TLS 层主要是实现了加密、身份认证、防篡改的功能。

加密是用对称加密的方式，用到的密钥通过基于公私钥的非对称加密机制来传递。

那身份认证怎么做呢？

其实也是通过公私钥的机制，刚才提到了公钥加密的内容只能私钥解密，这保证了信息的安全传递。

那反过来，私钥加密的数据，如果用公钥能解开，这不就证明了信息是你传递的么？因为私钥只有你有。

所以，私钥的加密又叫做签名，可以用来做身份的认证。

那用私钥加密什么呢？

一般是对传输的信息做一次 hash，生成数据指纹，然后用私钥加密这个数据指纹，也就是对它进行签名。

这样数据传递到另一端，用公钥把数据指纹取出来，再对内容做一次 hash，生成一份数据指纹，两者对比一下，如果一样，就说明没有被篡改。

这就是 TLS 层的第三个功能，防篡改，也就是保证数据的完整性。

至此，HTTPS 给 HTTP 额外添加的加密、身份认证、防篡改功能的实现原理我们都了解了。

但不知道同学们有没有发现这其中有个漏洞，非对称加密的算法是公开的，你可以生成公私钥，别人也可以，那怎么保证我拿到的公钥是你的呢？

万一我拿到的公钥是别人的，那我用它加密的数据，不就被别人截去了么？

想解决这个问题就涉及到一个新的概念，数字证书了：

数字证书

现在的问题是怎么验证公钥是某个人的。

如果我有信得过的人，他说这个公钥是那个人的，我就相信。基于这样的信任来验证可以么？

也就是说我信任的人有自己的公私钥，他用私钥对这段信息签名，我收到信息后用他的公钥来解密，发现能解密出其中的信息，说明这是被他签名过的，我就相信我收到的公钥是可靠的。

这样是可以的，但怎么保证我收到的信任的人的公钥是真的呢？

这就无限循环起来了。

现实中肯定不会这样无限循环的，解决方式是操作系统内置了一批信得过的机构的公钥，经过这些机构签名的，就一定是对方的公钥。

这种信得过的机构叫做 CA（Certification Authority），电子认证机构，经过 CA 认证的公钥和相关信息，就叫做数字证书。

操作系统内置了所有可信的 CA 的证书，也就是 CA 的公钥和相关信息，叫做根证书。

在 mac 下可以在钥匙串里看到系统内置的所有根证书：

当你打开一个 https 的网站的时候，会把网站的证书下载下来，看看是不是经过这些系统内置过的 CA 根证书所信任的证书，如果是，代表收到的网站的公钥是可信的。

证书都是颁给某个域名的，也就是证明证书里的公钥是这个域名的。

比如打开 https://baidu.com ，查看它的证书：

你会看到这样的三级证书，根证书是系统内置的 CA 的证书，它信任了一个中间的证书，然后这个中间证书信任了 baidu.com 的证书。（信任就是指用自己的私钥做了签名）

这个 CA颁发的根证书是内置在系统里的，受信任的，所以也就也就信任了他信任的中间证书，从而信任了中间证书信任的 baidu.com 的证书，这是一条信任链。

你打开 taobao.com 也会看到是这样的三级证书链：

为什么都是三级呢？

因为这样万一中级证书不能信任了，还可以让根证书再找一个中级证书，因为信任根证书，也自然信任这个新的中级证书，但如果根证书直接信任某个网站的证书，万一根证书被攻破不能信任了，那就找不到可以信任的了。

所以，三级证书会更安全一些。

也就是这样的一条信任链：

也就是说想给网站升级 HTTPS，得找 CA 申请个证书才行。

一般的云计算平台都提供了代理申请的服务，不过一年的费用挺贵的，比如阿里云：

如果我只是想测试下 HTTPS，要花这么大成本去 CA 申请个证书么？

那倒不用，我们可以自己创建一个 CA 根证书，然后用它给自己颁发证书，这叫自签名证书：

自签名证书

当测试的时候，可以用 openssl 这个库自己创建一个 CA 根证书。

第一步用 genrsa 命令生成私钥：

openssl genrsa -out ca-key.pem -des 1024

过程中要输入口令，这个是保护私钥用的。

然后用 req 命令创建证书签名请求，输入域名和相关信息：

openssl req -new -key ca-key.pem -out ca-csr.pem

这个过程中要输入一些信息，最重要的是域名信息，因为证书就是为了证明公钥是这个域名的：

然后用 x509 命令生成根证书：

openssl x509 -req -in ca-csr.pem -signkey ca-key.pem -out ca-cert.pem

至此，根证书创建完了，产生了 ca-key.pem、ca-csr.pem、ca-cert.pem 三个文件，分别是私钥、证书签名请求、根证书。

然后用这个根证书创建网站的证书。

也是同样的三步：

用 genrsa 生成私钥：

openssl genrsa -out server-key.pem 1024

然后用 req 命令创建证书签名请求。

openssl req -new -key server-key.pem -out server-csr.pem

最重要的也是域名信息：

最后一步生成证书，但是这里要指定前面生成的 QA 的根证书：

openssl x509 -req -CA ca-cert.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -in server-csr.pem -out server-cert.pem -extensions v3_req

这样就产生了 server-key.pem、server-csr.pem、server-cert.pem 三个文件，分别是网站的私钥、证书签名请求、证书。

用私钥和证书就可以创建 https 服务了，我们使用 nodejs 来创建：

const https = require('https');
const fs = require('fs');

let options = {
  key: fs.readFileSync('./server-key.pem'),
  cert: fs.readFileSync('./server-cert.pem')
};

https.createServer(options,function(req,res){    
    res.write('hello https');
    res.end();

}).listen(3000);

然后浏览器访问，就可以看到 https 服务返回的内容：

chrome 会标记为不安全，我们点开看一下证书：

会看到只有一级 www.ggg.com 的证书，还没有被信任。

这是因为签发他的根证书没有导入钥匙串，我们导入一下：

导入 ca-cert.pem，就可以在钥匙串中找到 guangguangguang.com 的根证书，已经标记了是自签名证书：

再访问网站，就会看到二级的结构了：

但是还没有被信任，我们信任一下自签名的根证书：

再去网站看一下，就可以看到证书受信任了，因为颁发他的根证书受信任了：

不过网站依然会标记为不安全，这是 chrome 的策略，不支持自签名证书。

一般我们还是会向 CA 机构申请一个证书的，但是测试的时候可以自行创建一个 CA 根证书，然后给自己颁发网站的证书。

总结

HTTPS 就是在 TCP 和 HTTP 之间加了一个 SSL 或者叫 TLS 层，实现了加密、身份认证、防篡改的功能。

为了增加随机性，每次都要生成密钥来做加解密，传输这个密钥需要用到非对称加密的公私钥机制。

公钥加密的内容只有私钥能解开，防止被窃取。

私钥只有一个人有，所以加密的内容可以用作身份认证，也就是签名。

对内容做 hash，然后私钥签名，就能做到完整性校验，防止被篡改。

但是如何保证拿到的公钥一定是对方的，这是个复杂的问题。

现在的方案是系统内置了一些 CA 的根证书，然后这些 CA 证书颁发了一些网站的证书，如果访问网站拿到的证书是这些 CA 机构颁发的，那就是受信任的。

不过现实中一般都是三级的证书信任链，增加安全性。

向 CA 申请证书可以用阿里云之类的云计算提供商的代理服务，但都挺贵的，如果测试的话，可以用 openssl 自己创建一个 CA 根证书，自己给自己签名，这叫做自签名证书。

理解了这条证书信任链，也就理解了 HTTPS 的核心。