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前一篇文章：計算機網(wǎng)絡(luò) —— HTTP 協(xié)議（詳解）-CSDN博客
目錄
·前言
一、HTTPS 協(xié)議簡介
二、HTTPS 工作過程
1.對稱加密
2.非對稱加密
3.中間人攻擊
4.引入證書
三、HTTPS 常見問題
1.中間人能否篡改證書？
2.中間人能否調(diào)包證書？
3.HTTPS 工作完整流程
·總結(jié)
·前言
? ? ? ? 前一篇文章中對?HTTP 協(xié)議整體做了一個基本介紹，在本篇文章里將介紹一下基于 HTTP 協(xié)議創(chuàng)造出來的 HTTPS 協(xié)議，關(guān)于 HTTPS 協(xié)議的重點內(nèi)容就是它的一個工作過程，它是如何保證我們網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的安全性呢？這將是本篇文章的要重點介紹的內(nèi)容，下面就開始本篇文章的內(nèi)容介紹。
一、HTTPS 協(xié)議簡介
? ? ? ? HTTPS 協(xié)議與 HTTP 協(xié)議一樣都是應(yīng)用層協(xié)議，HTTPS 協(xié)議是在 HTTP 協(xié)議的基礎(chǔ)上引入了一個加密層，由于 HTTP 協(xié)議的內(nèi)容都是按照文本的方式明文傳輸，這就導(dǎo)致在使用 HTTP 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的過程中會出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)被篡改的情況，比如：“運營商劫持”。
? ? ? ? 什么是 “運營商劫持” 呢？不知道有沒有小伙伴在網(wǎng)上搜索某個軟件點擊下載后發(fā)現(xiàn)下的不是要下載的軟件而是其他軟件，這就是 “運營商劫持”，如下圖所示：
? ? ? ? 如上圖所示，當(dāng)我們下載一個 “天天動聽” 時，圖1 未被劫持點擊下載按鈕是可以彈出正確的天天動聽的鏈接，圖2 已被劫持時，點擊下載按鈕，彈窗的是 QQ瀏覽器的下載鏈接，這就是 “運營商劫持”，那么它是如何做到的呢？流程如下圖所示：
?????????當(dāng)然，不止運營商可以劫持，其他的 “黑客” 也可以用類似的手段來進(jìn)行劫持，竊取用戶的隱私信息，或者篡改內(nèi)容，所以在互聯(lián)網(wǎng)上，明文傳輸是比較危險的事情，HTTPS 就是在 HTTP 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加密，進(jìn)一步來保證用戶的信息安全。
? ? ? ? 解決安全問題最核心的要點就是 “加密”，什么是加密呢？加密就是把明文（要傳輸?shù)恼鎸崝?shù)據(jù)）進(jìn)行一系列變換，生成密文（針對明文加密之后得到的結(jié)果，往往不直觀，不易理解），解密就是把密文通過一系列變換，還原成明文，在這個加密與解密的過程中，往往需要一個或者多個中間的數(shù)據(jù)來輔助完成這個過程，這樣的數(shù)據(jù)就被稱為 “密鑰”。
二、HTTPS 工作過程
? ? ? ? 為了保證數(shù)據(jù)的安全，HTTPS 就在 HTTP 基礎(chǔ)上進(jìn)行 “加密” 操作，這樣網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就不再是直接傳輸明文了，而是加密之后的 “密文”，加密的方式有很多，但是整體可以分為兩大類：“對稱加密” 和 “非對稱加密”，下面我就來介紹一下 HTTPS 的工作過程，及遇到問題的對應(yīng)解決方法。
1.對稱加密
? ? ? ? 對稱加密其實就是通過同一個 “密鑰”，來把明文加密成密文，并且還可以把密文加密成明文，引入對稱加密之后，即使數(shù)據(jù)被截獲，由于黑客不知道密鑰是什么，也就無法進(jìn)行解密進(jìn)一步去獲取我們請求的真實內(nèi)容了，引入對稱加密后，此時數(shù)據(jù)傳輸過程如下圖所示：
? ? ? ? 根據(jù)上述介紹可以發(fā)現(xiàn)對稱加密具有以下特點：
- 使用對稱加密，客戶端與服務(wù)器需要使用同一個密鑰；
- 不同的客戶端需要使用不同的密鑰（如果密鑰都相同，那么黑客就可以獲取密鑰）。?
? ? ? ? 此時，由于不同客戶端使用的密鑰都不相同，這就意味著服務(wù)器需要維護(hù)每個客戶端和密鑰的關(guān)聯(lián)關(guān)系會引入很大的額外開銷。
? ? ? ? 對稱加密除了會引入額外的開銷還有一個致命的問題，那就是這種加密并不安全，由于對稱密鑰是要傳輸給對方的，就意味著傳輸密鑰的過程是明文傳輸?shù)?#xff0c;那么此時黑客只要獲取到傳輸?shù)拿荑€，對稱加密的操作就毫無意義了，如下圖所示：
? ? ? ? ?造成上圖結(jié)果就是因為使用明文傳輸密鑰，黑客就會獲取到密鑰，后續(xù)的加密操作就形同虛設(shè)了，所以我們需要對傳輸?shù)拿荑€進(jìn)行加密傳輸，如果我們對密鑰仍進(jìn)行對稱加密的方式進(jìn)行傳輸就需要確定一個 “密鑰的密鑰”，此時面臨的問題還是 “密鑰的密鑰” 是明文，黑客仍然可以拿到密鑰，所以對密鑰進(jìn)行加密傳輸使用對稱加密的方式就行不通了，這就需要引入非對稱加密。
2.非對稱加密
? ? ? ? 使用非對稱加密主要目的就是為了對 “對稱加密” 的密鑰進(jìn)行加密，來確保對稱密鑰的安全性，在非對稱加密中要用到兩個密鑰：“公鑰” 與 “私鑰”，公鑰和私鑰是配對的（公鑰對明文加密變成密文，密文只能使用配對的私鑰來進(jìn)行解密），它們最大的缺點就是加密與解密的運算速度非常慢（消耗 CPU 資源），所以不能完全使用非對稱加密來對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，而只是對“對稱加密”的密鑰進(jìn)行加密。
? ? ? ? 引入非對稱加密之后，就可以由服務(wù)器生成公鑰和私鑰，公鑰可以公開給每個客服端，私鑰只有自己知道，這樣客戶端就可以使用公鑰對對稱密鑰進(jìn)行加密然后傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器獲取到密文使用私鑰解密獲取到對稱密鑰，后面就可以繼續(xù)使用對稱加密來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了，具體過程如下圖所示：
? ? ? ? 下面我來對上述過程做一個梳理：
- ?客戶端在本地生成對稱密鑰，通過公鑰加密，發(fā)送給服務(wù)器；
- 由于黑客沒有私鑰所以無法對截取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密進(jìn)而無法獲取對稱密鑰；
- 服務(wù)器使用私鑰解密，獲取對稱密鑰，使用對稱密鑰加密給客戶端返回的響應(yīng)；
- 后續(xù)客戶端與服務(wù)器的通信使用對稱加密即可，由于該密鑰只有客戶端與服務(wù)器兩個主機知道，所以黑客截獲數(shù)據(jù)也無法進(jìn)行解密。
? ? ? ? 上述過程雖然看起來安全，但是還有漏洞，由于公鑰是需要客戶端從服務(wù)器這邊獲取，那么就存在一個問題：獲取的公鑰是不是黑客偽造的？這就涉及到中間人攻擊了。?
3.中間人攻擊
? ? ? ? 黑客通過中間人攻擊就可以獲取到對稱密鑰，由于非對稱加密算法是公開的，所以黑客也可以使用非對稱加密算法來得到自己的公鑰私鑰，此時就可以在客戶端向服務(wù)器發(fā)送獲取公鑰的請求時進(jìn)行中間人攻擊，具體過程如下圖所示：
?????????下面我來對上述過程做一個梳理：
- 服務(wù)器使用非對稱加密算法生成公鑰：pub1，私鑰：pri1；
- 黑客使用非對稱加密算法生成公鑰：pub2，私鑰：pri2；
- 客戶端生成對稱密鑰：key；
- 客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求詢問公鑰是什么？
- 服務(wù)器明文傳輸公鑰 pub1 給客戶端；
- 黑客截取數(shù)據(jù)，提取公鑰 pub1 并保存，然后將數(shù)據(jù)中的公鑰 pub1 替換成自己的公鑰 pub2，并將偽造的數(shù)據(jù)發(fā)給客戶端；
- 客戶端收到數(shù)據(jù)，提取公鑰 pub2（并不清楚公鑰已經(jīng)被換），用公鑰 pub2 加密對稱密鑰 key，形成報文發(fā)送給服務(wù)器；
- 黑客截取數(shù)據(jù)，直接使用自己的私鑰 pri2 進(jìn)行解密，獲取到對稱密鑰 key，再使用保存的服務(wù)端公鑰 pub1 加密后，將報文發(fā)送給服務(wù)器；
- 服務(wù)器拿到報文后，使用私鑰 pri1 進(jìn)行解密，獲取對稱密鑰 key；
- 后續(xù)服務(wù)器與客戶端都使用 key 進(jìn)行對稱加密，進(jìn)行通信，此時黑客就可以使用對稱密鑰 key 劫持?jǐn)?shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行竊聽或者修改。
????????那么如何解決中間人攻擊這樣的問題呢？最關(guān)鍵的一點就在于客戶端拿到公鑰的時候要有辦法驗證這個公鑰是真的而不是黑客偽造的，這就需要服務(wù)器提供一個 “證書”。?
4.引入證書
? ? ? ?證書是一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，其中包含很多的信息，如：證書發(fā)布機構(gòu)、證書有效期、公鑰、證書所有者、簽名……，服務(wù)器在使用 HTTPS 之前需要向第三方公正機構(gòu)申請一份數(shù)字證書，然后服務(wù)器把證書傳給瀏覽器，瀏覽器從證書中獲取公鑰就可以了，證書就相當(dāng)于身份證，證明當(dāng)前公鑰的正確性。
? ? ? ? 在證書中，用來驗證證書真?zhèn)蔚男畔⒕褪?“簽名”，對于簽名要詳細(xì)介紹一下，這是通過證書解決中間人攻擊問題的關(guān)鍵，簽名的形成也是基于非對稱加密算法的，當(dāng)服務(wù)端申請證書的時候，公正機構(gòu)就會對服務(wù)端進(jìn)行審核，并專門為該網(wǎng)站形成數(shù)字簽名，過程如下：
- 公正機構(gòu)擁有非對稱加密的公鑰：A 和私鑰：A*；
- 公正機構(gòu)對服務(wù)端申請的證書明文數(shù)據(jù)進(jìn)行 hash，形成數(shù)據(jù)摘要；
- 公正機構(gòu)再對數(shù)據(jù)摘要用私鑰 A* 加密，得到簽名 S。
? ? ? ? 此時，服務(wù)端申請的證書明文與簽名 S 就共同形成了證書，這樣的證書就頒布給了服務(wù)端。這樣就可以解決中間人攻擊問題，此時數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如下圖所示：
? ? ? ? 圖中客戶端獲取到證書對證書進(jìn)行校驗的過程如下：
- 判定證書有效期是否過期；
- 判定證書的發(fā)布機構(gòu)是否受信任（操作系統(tǒng)中已經(jīng)內(nèi)置了受信任的證書發(fā)布機構(gòu)）；
- 驗證證書是否被篡改：從操作系統(tǒng)中獲取證書發(fā)布機構(gòu)的公鑰，對簽名進(jìn)行解密，得到 hash 值（數(shù)據(jù)摘要）設(shè)為 hash1，然后計算整個證書的 hash 值設(shè)為 hash2，對比 hash1 和 hash2 是否相等，如果相等就說明證書沒有被篡改過。?
三、HTTPS 常見問題
1.中間人能否篡改證書？
? ? ? ? 中間人無法篡改證書，理由如下：
- 中間人篡改了證書的明文，由于他沒有公正機構(gòu)的私鑰，所以無法在?hash 之后使用私鑰形成簽名，那么就無法對篡改后的證書形成匹配的簽名；
- 如果中間人強行篡改，客戶端收到證書后在驗證時就會發(fā)現(xiàn)證書明文的 hash 值與簽名解密后得到的 hash 值不一樣，就會發(fā)現(xiàn)證書被篡改，從而終止向服務(wù)器傳輸信息。?
2.中間人能否調(diào)包證書？
? ? ? ? 中間人無法調(diào)包整個證書，理由如下：
- 中間人沒有公正機構(gòu)的私鑰，所以無法制作假的證書；
- 中間人只能向公正機構(gòu)申請真證書，然后使用自己申請的證書進(jìn)行掉包；
- 但是證書中明文包含了域名等服務(wù)端認(rèn)證信息，所以整體調(diào)包客戶端依舊可以識別。
? ? ? ? 我們要知道，中間人沒有公正機構(gòu)的私鑰對任何證書都無法進(jìn)行合法修改，包括自己的。?
3.HTTPS 工作完整流程
? ? ? ? 左側(cè)是客戶端要做的事，右側(cè)是服務(wù)器要做的事，完整流程如下圖所示：
·總結(jié)
? ? ? ? 文章到此就要結(jié)束了，本篇文章重點介紹了 HTTPS 的工作過程，在這里涉及到的密鑰一共有三組，如下所示：
- 第一組（非對稱加密）：用于校驗證書是否被篡改，服務(wù)器持有私鑰（私鑰在注冊證書時獲得），客戶端持有公鑰（操作系統(tǒng)包含了可信任的認(rèn)證機構(gòu)有哪些，同時持有對應(yīng)的公鑰)，服務(wù)器使?這個私鑰對證書的簽名進(jìn)行加密，客戶端通過這個公鑰解密獲取到證書的簽名，從?校驗證書內(nèi)容是否是篡改過；
- 第二組（非對稱加密）：用于協(xié)商?成對稱加密的密鑰，服務(wù)器生成這組 私鑰-公鑰 對，然后通過證書把公鑰傳遞給客戶端，然后客戶端用這個公鑰給?成的對稱加密的密鑰加密，傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器通過私鑰解密獲取到對稱加密的密鑰；
- 第三組（對稱加密）：客戶端和服務(wù)器后續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都通過這個對稱密鑰加密解密。
? ? ? ? ?切的關(guān)鍵都是圍繞這個對稱加密的密鑰，其他的機制都是輔助這個密鑰?作的，第二組非對稱加密的密鑰是為了讓客戶端把這個對稱密鑰傳給服務(wù)器，第一組非對稱加密的密鑰是為了讓客戶端拿到第二組非對稱加密的公鑰，如果你認(rèn)為讀了本篇文章您有所收獲，希望給本篇文章點個贊，收藏走一波，后面我會繼續(xù)與大家分享計算機網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識，關(guān)注博主不迷路~~~您的支持就是我創(chuàng)作最大的動力，我們下一篇文章再見~~~