HTTPS建立连接过程说明

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#http #https #网络协议

于 2021-02-18 17:49:03 首次发布

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HTTPS是在HTTP基础上加入SSL/TLS协议，通过非对称加密保证安全，使用数字证书验证服务器身份，防止信息被截取和篡改。其主要作用是建立安全的信息传输通道和确认网站真实性。握手过程包括客户端发起请求、服务器返回证书、双方协商密钥等步骤，确保通信的隐私和完整性。

HTTPS产生原因&出现背景：

超文本传输协议(HTTP协议)被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息，HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此，HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如：信用卡号、密码等支付信息。

为了解决HTTP协议的这一缺陷，需要使用另一种协议：安全套接字层超文本传输协议HTTPS，为了数据传输的安全，HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL/TLS协议，SSL/TLS依靠CA证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。

HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

HTTPS和HTTP的主要区别

HTTP 是明文传输协议，HTTPS 协议是由 SSL+HTTP 协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比 HTTP 协议安全。

HTTPS比HTTP更加安全，对搜索引擎更友好，利于SEO，谷歌、百度优先索引HTTPS网页
HTTPS需要用到SSL证书，而HTTP不用
HTTPS标准端口443，HTTP标准端口80
HTTPS基于传输层，HTTP基于应用层
HTTPS在浏览器显示绿色安全锁，HTTP没有显示

工作原理

HTTPS 协议会对传输的数据进行加密，而加密过程是使用了非对称加密实现。HTTPS的整体过程分为证书验证和数据传输阶段，具体的交互过程如下：

按图中序号顺序步骤说明如下：

Client发起一个HTTPS的请求
Server把事先配置好的公钥证书返回给客户端。
Client验证公钥证书：比如是否在有效期内，证书的用途是不是匹配Client请求的站点，是不是在CRL吊销列表里面，它的上一级证书是否有效，这是一个递归的过程，直到验证到根证书（操作系统内置的Root证书或者Client内置的Root证书），如果验证通过则继续，不通过则显示警告信息。
Client使用伪随机数生成器生成加密所使用的对称密钥，然后用证书的公钥加密这个对称密钥，发给Server。
Server使用自己的私钥解密这个”经过Client公钥加密过的会话秘钥的密文“，得到对称密钥。至此，Client和Server双方都持有了相同的对称密钥。
Server使用对称密钥加密明文内容A，发送给Client。
Client使用对称密钥解密响应的密文，得到明文内容A。
Client再次发起HTTPS的请求，使用对称密钥加密请求的明文内容B，然后Server使用对称密钥解密密文，得到明文内容B。

总结：SSL验证的过程通过非对称加密，建立连接后通过对称加密方式处理消息。

数字证书

如上图的建立连接的过程步骤所示，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。

这就存在些问题，如何保证公钥不被篡改和信任度？

所以这里就需要借助第三方权威机构 CA （数字证书认证机构），将「服务器公钥放在数字证书」（由数字证书认证机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。通过数字证书的方式保证服务器公钥的身份，解决冒充的风险。如下图所示：

非对称加密

非对称加密，公有密匙可以对外暴露，而私有密匙只有自己可见。

使用公有密匙加密的消息，只有对应的私有密匙才能解开。反过来，使用私有密匙加密的消息，只有公有密匙才能解开。这样客户端在发送消息前，先用服务器的公匙对消息进行加密，服务器收到后再用自己的私匙进行解密。

非对称加密的优点：

非对称加密采用公有密匙和私有密匙的方式，解决了http中消息保密性问题，而且使得私有密匙泄露的风险降低。
因为公匙加密的消息只有对应的私匙才能解开，所以较大程度上保证了消息的来源性以及消息的准确性和完整性。

非对称加密的缺点：

非对称加密时需要使用到接收方的公匙对消息进行加密，但是公匙不是保密的，任何人都可以拿到，中间人也可以。那么中间人可以做两件事，第一件是中间人可以在客户端与服务器交换公匙的时候，将客户端的公匙替换成自己的。这样服务器拿到的公匙将不是客户端的，而是中间人的。服务器也无法判断公匙来源的正确性。第二件是中间人可以不替换公匙，但是他可以截获客户端发来的消息，然后篡改，然后用服务器的公匙加密再发往服务器，服务器将收到错误的消息。
非对称加密的性能相对对称加密来说会慢上几倍甚至几百倍，比较消耗系统资源。正是因为如此，https将两种加密结合了起来。

SSL与TLS的区别？

SSL：（Secure Socket Layer，安全套接字层），位于可靠的面向连接的网络层协议和应用层协议之间的一种协议层。SSL通过互相认证、使用数字签名确保完整性、使用加密确保私密性，以实现客户端和服务器之间的安全通讯。该协议由两层组成：SSL记录协议和SSL握手协议。

TLS：(Transport Layer Security，传输层安全协议)，用于两个应用程序之间提供保密性和数据完整性。该协议由两层组成：TLS记录协议和TLS握手协议。

SSL/TLS协议的基本过程

（1）客户端向服务器端索要并验证公钥。
（2）双方协商生成"对话密钥"。
（3）双方采用"对话密钥"进行加密通信。
上面过程的前两步，又称为"握手阶段"（handshake）

1 客户端发出请求（ClientHello）

（1）支持的协议版本，比如TLS 1.0版。
（2）一个客户端生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
（3）支持的加密方法，比如RSA公钥加密。
（4）支持的压缩方法。

2 服务器回应（SeverHello）

（1）确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
（2）一个服务器生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
（3）确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密，此时带有公钥信息。
（4）服务器证书。

3 客户端回应

（1） 一个随机数pre-master key。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听。
（2）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
（3）客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。

上面客户端回应中第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。

那么为什么一定要用三个随机数，来生成"会话密钥"呢？

"不管是客户端还是服务器，都需要随机数，这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的，因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。

对于RSA密钥交换算法来说，pre-master-key本身就是一个随机数，再加上hello消息中的随机数，三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。

pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数，如果随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了，因此必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能完全不随机，可是是三个伪随机就十分接近随机了，每增加一个自由度，随机性增加的可不是一。"

此外，如果前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。

4 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。（客户端在第三阶段也生成这个“会话秘钥”）。然后，向客户端最后发送下面信息。
（1）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。

至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。