【教女朋友学网络】（四）HTTPS --------- 加密与锁头

1.概念

超文本传输安全协议  HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure，常称为HTTP over TLS、HTTP over SSL或HTTP Secure）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，但利用SSL/TLS来加密数据包。HTTPS开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换资料的隐私与完整性。

1.1 为什么需要HTTPS 

   之前http的协议的时候提到，它是采用文本明文传输，所以数据容易被窃取。

   HTTPS 是对 HTTP 的扩展，保证了通信安全。

1.2 SSL与TLS的关系

传输层安全性协议 TLS（Transport Layer Security）的及其前身安全套接层 SSL（Secure Sockets Layer）是一种安全协议，目的是保证数据的安全性和完整性。

协议	发布时间	状态
SSL 1.0	未公布	未公布
SSL 2.0	1995年	于2011年弃用
SSL 3.0	1996年	于2015年弃用
TLS 1.0	1999年	于2021年弃用
TLS 1.1	2006年	于2021年弃用
TLS 1.2	2008年	是最常用的 TLS 版。 几乎所有服务支持 TLS 默认为1.2。
TLS 1.3	2018年	更高性能和安全性的协议

1.3 在OSI模型中的位置

在微软的官方文档中也只写了，TLS (和 SSL) 协议位于应用程序协议层和 TCP/IP 层之间。

SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。
SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

应该对应了表示层和会话层相关的功能，所以TLS是工作在表示层和会话层的协议。

2. TLS介绍

TLS 由记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议、扩展协议等几个子协议组成，综合使用了对称加密、非对称加密、身份认证等许多密码学前沿技术。浏览器和服务器在使用 TLS 建立连接时需要选择一组恰当的加密算法来实现安全通信，这些算法的组合被称为“密码套件”（cipher suite，也叫加密套件）。

2.1 对称加密和非对称加密

对称加密是指加密和解密都用同一份密钥。如下图所示：

可以把对称加密，理解成对数据使用密码锁进行加锁，双方使用同一个密码进行加锁和解锁。

常见的对称加密算法有 DES、3DES 和 AES 等，其优缺点如下：

• ✅优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高，适合加密比较大的数据。

• ❌缺点：① 需要密钥的传输，安全性得不到保证。

                       ② 每对用户需要维护一个惟一密钥，密钥管理成为双方的负担。

                       ③ 在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。

非对称加密，算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。如下图所示：

可以把公钥想象成锁头，私钥想象成钥匙。用公钥加锁后，只有用私钥才能打开，私钥由服务器保管，必须严格保密。即使攻击者抓到了数据，没有私钥也无法获取数据内容。

注意：锁头钥匙类比只为理解，密钥对儿的概念，并非公钥只用于加密，私钥只用于解密，实际上可以使用私钥加密然后使用公钥进行解密。

• ✅优点：算法公开，加密和解密使用不同的钥匙，私钥不需要通过网络进行传输，安全性很高。
• ❌缺点：计算量比较大，加密和解密速度相比对称加密慢很多。

对称加密的优点是运算速度快，缺点是互联网环境下无法将密钥安全的传送给对方。

非对称加密的优点是安全性更强，但是运算速度慢。

TLS把对称加密和非对称加密结合起来，用非对称加密解决对称加密中密钥交换的安全性问题。然后用对称加密来加密后续的数据

记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议 ： todo

3.数字证书

因为谁都可以发布公钥，我们还缺少防止黑客伪造公钥的手段，也就是说，如何来认定一个公钥的权威性。

数字证书认证机构 CA（Certificate Authority），也称为电子商务认证中心、电子商务认证授权机构，是负责发放和管理数字证数的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。

即只有通过CA认证的公钥，才会被认为是可信的合法的公钥。当https网址，CA认证不通过时，浏览器会提示：

3.1 https的验证和传输过程

总结：

1. HTTPS是HTTP的扩展，为了解决安全性问题

2. HTTPS 使用TLS进行加密

3. HTTPS需要数字证数认证