https比http到底那里安全?

Https通信基本过程

在通信过程中,https是如何保证通信的安全的?如何加密信息,如何防止中间人攻击? 
以下是客户端发起https请求的时候的流程:

客户端客户端服务端服务端发送随机数client_random和支持的加密方式列表返回随机数server_random、选择的加密方式和证书(经CA签发,里面包含公钥)验证证书使用证书中的公钥加密premaster secret发送给服务端使用私钥解密得到premaster secret

流程解析如下:

  1. 客户端发送随机数client_random和支持的加密方式列表
  2. 服务器返回随机数server_random,选择的加密方式和证书(经过ca颁发,或者自签名的证书,该证书包含公钥)
  3. 客户端验证证书,使用证书中的公钥加密premaster secret发送给服务端
  4. 服务端使用私钥解密得到premaster secret
  5. 两端分别通过client_random,server_random和premaster secret生成master secret,用于对称加密后续通信内容

整个过程主要的作用是让双方安全地协商出一个key,这个key会用于对称加密中。第三方即使截取了所有的通信数据,也是无法获取到这个key的。既然第三方无法获取这个key,自然也对加密过的数据无可奈何了。大家看到这里可能一脸懵逼,可能会有以下疑问:

  • 这个过程是如何保证key不会被中间人窃取呢?
  • 客户端/服务端如何确认对方就是“正确的人”,而不是其他中间人呢?

什么是RSA非对称加密

在解答上面的问题之前,首先我们得先了解一些基本的知识:

RSA非对称加密:RSA分为公钥和私钥,从私钥可以生成公钥,但是不能通过公钥生成私钥。公钥加密过的信息,只有私钥能解开,私钥加密的信息,只有公钥能解开

https如何保证key不会被中间人窃取

在步骤(1)中,客户端的随机数client_random是完全可以被中间人窃取的,然后在步骤(2)中服务端返回的server_random也是完全可被中间人窃取的。关键是在步骤(3),客户端会把生成的premaster secret通过公钥进行加密,然后再发送给服务器,中间人当然也可以窃取加密后的premaster secret数据,但是中间人却不能解密出原始的premaster secret,这是为什么呢?因为公钥加密的数据,只有私钥能解开,而私钥是保存在服务端,不会外泄的!通过步骤1-4,服务器和客户端相互持有了client_random,server_random和premaster secret,而且只有客户端和服务端才有premaster secret,中间人是没有的。这时候通过前面三个key,生成master secret用于对称加密,确保通信安全。

为何最终使用对称加密,而不是全部通信都使用非对称加密呢?猜测是因为非对称加密效率和速度不如对称加密。而且对称加密的安全性并不是不高,对称加密的难点在于如何安全地交换key。

我一开始理解https的时候,遇到一个困惑:如果中间人从建立连接一开始就冒充服务器,转发客户端和服务端的所有数据,那么所有数据在中间人眼里应该都是透明的啊,中间人应该也能解密通信数据啊?是的,中间人确实是可以拿到所有数据,但是,中间人没有服务器的私钥!所以即使拿到了数据,也不能得到对称加密的key。其实说白了,一个https请求,不知会经过多少个中间人呢,所有路由转发都有可能是中间人,都有可能攻击你,但恰恰就是因为没有私钥而不能窃取数据,他们只能转发数据,但却不能解密数据。

如何确认对方就是“正确的人”,而不是其他中间人呢

但是问题又来了,虽然通信内容不会被第三个人窃取了,但是我如何保证对方就是我想要找的人呢? 
比如我要访问www.baidu.com,确实有一个服务器给了我回复,但我怎么确定这个是真的“百度”给我的回复呢?万一我的请求被劫持了呢?

这个就得依靠验证步骤(2)里的证书了。

什么是证书呢?数字证书就是一个人或者组织在网络世界中的身份证,其发证机关是证书管理机构(certificate authority,CA),在这里CA是一个权威的机构,我们可以信任他,他信任的站点,我们也会认为是可信任的。个人电脑上无法对每一个网站都进行验证,因为这样几乎不可能,也不方便。在日常生活中,如果我们要验证一个人的身份,通常的做法是查看他的身份证。我们信任身份证颁发机构即政府机构的公信力,因此只要验证一个人的身份证不是伪造的,我们就相信这个人的身份和身份证上所描述的是一致的。

说到这里,又有同学可能要懵逼了,通俗点讲,就是所有网站都要去CA机构那里去登记,然后CA会发给那么网站一个“身份证”。但是我们如何验证一个人身份证的真伪呢?CA机构也会提供一个工具给我们,我们用那个工具就可以验证身份证的真伪。

  • 网站身份证:网站证书,需要CA机构签发
  • 真伪辨认工具:CA证书

那么,什么是CA颁发的“身份证”呢? 
https比http到底那里安全?_第1张图片

  1. 服务端生成自己的证书请求文件(尚未被CA签名),里面包含了姓名、服务器私钥对应的公钥等信息
  2. CA机构对该证书进行签名,也就是生成数字签名,注意,这个签名是用CA的私钥加密过的
  3. 把原始的证书和生成的数字签名合并在一起,形成证书 
    https比http到底那里安全?_第2张图片

https比http到底那里安全?_第3张图片

在https的步骤(2)的时候,服务器发给用户的证书就是这个签名过之后的证书,客户端收到证书后,会使用CA的公钥(这个是内置在浏览器的)对数字签名进行解密得出一个信息摘要,然后用哈希算法自己算出信息摘要,对比摘要,一致的话,证明该证书是CA机构颁发的。因为公钥只能解开私钥加密的数据,如果信息摘要是匹配的,那么证明该加密数据是由CA机构用私钥加密的,证书是可靠的。

到现在,我们终于可以愉快地确定对方的身份,愉快地通信了。主要是依赖一个CA公钥来判别对方证书的真伪。

但是会有同学问了,万一冒牌网站把正牌网站copy下来,转发给我了怎么办,转发的证书是由正牌网站copy的,肯定是真的,所以客户端可以验证通过的,那怎么办?确实是的,如果冒牌网站用正版网站的证书来忽悠客户端,那么客户端确实是会被“忽悠”过去的,但是不用担心,客户端是依靠证书上的公钥来生成premaster secret的,而公钥对应的私钥,冒牌网站是不可能拿得到的,也就不可能解密出正确的premaster secret,自然也无法正常和客户端正常沟通了。

现在很多Android应用的服务端虽然采用的是https,但是却是没有经过ca机构认证的(因为要花钱),所以一般会自己给自己颁发数字证书(自己充当CA)。但国内很多开发者在android应用里面采用的做法是信任所有证书,这样是很不安全的,正确的做法应该是导入CA的证书,这样才能在拿到证书后,判断证书的真伪。

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