1 🍑基本概念🍑
1.1 🍎什么是HTTPS？🍎
HTTPS 也是⼀个应⽤层协议. 是在 HTTP 协议的基础上引⼊了⼀个加密层。
HTTP 协议内容都是按照⽂本的⽅式明⽂传输的.，这就导致在传输过程中可能出现⼀些被篡改的情况；HTTPS通过加密的方式可以有效的避免报文的泄漏。
回忆下：http使用的是80端口，而https使用的是443端口
1.2 🍎什么是加密？🍎
- 加密就是把明⽂(要传输的信息)进⾏⼀系列变换, ⽣成密⽂；
- 解密就是把密⽂再进⾏⼀系列变换, 还原成明⽂。
在这个加密和解密的过程中, 往往需要⼀个或者多个中间的数据, 辅助进⾏这个过程, 这样的数据称为。
大家应该在电视上都看见过打仗时通过电报传输军事机密的场景，可以认为这里的加密解密就是对军事机密的加密解密。
1.3 🍎常见的加密方式🍎
1.3.1 🍋对称加密🍋
- 采⽤单钥密码系统的加密⽅法，同⼀个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密⽅法称为对加密，也称为单密钥加密，特征：加密和解密所⽤的密钥是相同的。
- 常⻅对称加密算法(了解)：DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等。
- 特点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
对称加密其实就是通过同⼀个 “密钥” , 把明⽂加密成密⽂, 并且也能把密⽂解密成明⽂。
1.3.2 🍋⾮对称加密🍋
- 需要两个密钥来进⾏加密和解密，这两个密钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥
（private key，简称私钥）。 - 常⻅⾮对称加密算法(了解)：RSA，DSA，ECDSA
- 特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，⽽使得加密解密速度没有对
称加密解密的速度快。
⾮对称加密要⽤到两个密钥, ⼀个叫做 “公钥”, ⼀个叫做 “私钥”;公钥和私钥是配对的.,最⼤的缺点就是运算速度⾮常慢，⽐对称加密要慢很多。
- 通过公钥对明⽂加密, 变成密⽂；
- 通过私钥对密⽂解密, 变成明⽂。
也可以反着⽤：
- 通过私钥对明⽂加密, 变成密⽂；
- 通过公钥对密⽂解密, 变成明⽂。
1.4 🍋数据指纹🍋
- 数字指纹(数据摘要),其基本原理是利⽤单向散列函数(Hash函数)对信息进⾏运算,⽣成⼀串固定⻓度的数字摘要。数字指纹并不是⼀种加密机制,但可以⽤来判断数据有没有被窜改。
- 摘要常⻅算法：有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等，算法把⽆限的映射成有限，因此可能会有
碰撞。（两个不同的信息，算出的摘要相同，但是概率⾮常低） - 摘要特征：和加密算法的区别是，摘要严格意义不是加密，因为没有解密，只不过从摘要很难反推
原信息，通常⽤来进⾏数据对⽐。
2 🍑HTTPS的⼯作过程探究🍑
既然要保证数据安全, 就需要进⾏ “加密”;⽹络传输中不再直接传输明⽂了, ⽽是加密之后的 “密⽂”;加密的⽅式有很多, 但是整体可以分成两⼤类: 和 。
2.1 🍎只使用对称加密🍎
如果通信双⽅都各⾃持有同⼀个密钥X，且没有别⼈知道，这两⽅的通信安全当然是可以被保证的。
但是这样做有一个很大的弊端，客户端有很多，如果服务器要维护每一个客户端的密钥那么代价是不是太大了呢？所以这种方式是行不通的。
我们可以换一种思路：密钥通过通信双方来协商，但是这样做又会有一个致命的问题，双方协商密钥时中间人可以通过某种方式来获取该密钥，那不是密文跟明文没有区别了吗？
所以只使用对称加密方式是行不通的。
2.2 🍎只使用非对称加密🍎
鉴于⾮对称加密的机制，如果服务器先把公钥以明⽂⽅式传输给浏览器，之后浏览器向服务器传数据
前都先⽤这个公钥加密好再传，从客户端到服务器似乎是安全的(ps:这里可能是有安全问题)，因为只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据。
但是服务器到浏览器的这条路怎么保障安全？这条路中间人完全可以窃取公钥，当浏览器向服务器传输报文时就使用窃取的公钥解密，这样从浏览器向服务器发送的数据就都被窃取了。
所以只使用非对称加密方式是行不通的。
2.3 🍎双方都使用非对称加密🍎
- 1️⃣服务端拥有公钥S与对应的私钥S’，客户端拥有公钥C与对应的私钥C’；
- 2️⃣客户和服务端交换公钥;
- 3️⃣客户端给服务端发信息：先⽤S对数据加密，再发送，只能由服务器解密，因为只有服务器有私钥S’;
- 4️⃣服务端给客户端发信息：先⽤C对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有私钥C.
这样貌似也⾏啊，但是效率太低，依旧有安全问题(ps:这个安全问题我们放在后面统一讲解)
2.4 🍎非对称加密 + 对称加密🍎
首先来解决效率问题：
- 1️⃣服务端具有非对称公钥S和私钥S’，客户端发起https请求，获取服务端公钥S;
- 2️⃣客户端在本地⽣成对称密钥C, 通过公钥S加密, 发送给服务器;由于中间的⽹络设备没有私钥, 即使截获了数据, 也⽆法还原出内部的原⽂, 也就⽆法获取到对称密钥。(ps:这里也有可能会有安全问题)
- 3️⃣服务器通过私钥S’解密, 还原出客户端发送的对称密钥C. 并且使⽤这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据.后续客户端和服务器的通信都只⽤对称加密即可. 由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道, 其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义。
这样我们后续通信只用对称密钥C进行，就大大增加了通信的效率。
但是我们还遗漏了一个问题：如果服务器将公钥S发送给客户端时有中间人将公钥替换了呢？
不仅仅是在这里，在双方都使用非对称加密那里也存在着这样的问题：其本质原因都是因为：
客户端⽆法确定收到的含有公钥的数据报⽂，就是⽬标服务器发送过来的.
所以就引入了我们下面介绍的证书。
3 🍑证书🍑
3.1 🍎CA认证🍎
服务端在使⽤HTTPS前，需要向CA机构申领⼀份数字证书，数字证书⾥含有证书申请者信息、公钥信息等。服务器把证书传输给浏览器，浏览器从证书⾥获取公钥就⾏了，证书就如⾝份证，证明服务端公钥的权威性。
这个证书可以理解成是⼀个结构化的字符串, ⾥⾯包含了以下信息:
- 证书发布机构
- 证书有效期
- 公钥
- 证书所有者
- 签名等等
需要注意的是：申请证书的时候，需要在特定平台⽣成查，会同时⽣成⼀对密钥对，即公钥和私钥。这对密钥对就是⽤来在⽹络通信中进⾏明⽂加密以及数字签名的。其中公钥会随着CSR⽂件，⼀起发给CA进⾏权威认证，私钥服务端⾃⼰保留，⽤来后续进⾏通信（其实主要就是⽤来交换对称秘钥）
3.2 🍎数据签名🍎
签名的形成是基于⾮对称加密算法的，注意，⽬前暂时和https没有关系，不要和https中的公钥私钥搞
混了。
当服务端申请CA证书的时候，CA机构会对该服务端进⾏审核，并专⻔为该⽹站形成数字签名，过程如
下：
- 1️⃣ CA机构拥有非对称加密的私钥A和公钥A’;
- 2️⃣ CA机构对服务端申请的证书明⽂数据进⾏hash，形成数据摘要;
- 3️⃣ 然后对数据摘要⽤CA私钥A’加密，得到数字签名S.
服务端申请的证书明⽂和数字签名S共同组成了数字证书，这样⼀份数字证书就可以颁发给服务端了.(ps:图中名词签名者就是指的是CA机构)
3.3 🍎非对称加密 + 对称加密 + 证书认证🍎
在客户端和服务器刚⼀建⽴连接的时候, 服务器给客户端返回⼀个证书，证书包含了之前服务端的公钥, 也包含了⽹站的⾝份信息.
客户端进⾏认证：
当客户端获取到这个证书之后, 会对证书进⾏校验，防⽌证书是伪造的：
- 判定证书的有效期是否过期；
- 判定证书的发布机构是否受信任(操作系统中已内置的受信任的证书发布机构)；
- 验证证书是否被篡改: 从系统中拿到该证书发布机构的公钥, 对签名解密, 得到⼀个 hash 值(称为数据摘要), 设为 hash1. 然后计算整个证书的 hash值, 设为hash2. 对⽐hash1和hash2是否相等. 如果相等, 则说明证书是没有被篡改过的。
3.4 🍎常见问题🍎
3.4.1 🍋中间人有没有可能篡改该证书？🍋
中间⼈篡改了证书的明⽂，由于他没有CA机构的私钥，所以⽆法hash之后⽤私钥加密形成签名，那么也就没法办法对篡改后的证书形成匹配的签名；如果强⾏篡改，客户端收到该证书后会发现明⽂和签名解密后的值不⼀致，则说明证书已被篡改，证书不可信，从⽽终⽌向服务器传输信息，防⽌信息泄露给中间⼈。
3.4.2 🍋中间人有没有可能整个掉包证书？🍋
因为中间⼈没有CA私钥，所以⽆法制作假的证书。所以中间⼈只能向CA申请真证书，然后⽤⾃⼰申请的证书进⾏掉包，这个确实能做到证书的整体掉包，但是别忘记，证书明⽂中包含了域名等服务端认证信息，如果整体掉包，客户端依旧能够识别出来。中间⼈没有CA私钥，所以对任何证书都⽆法进⾏合法修改。
3.4.3 🍋为什么摘要内容在网络传输的时候⼀定要加密形成签名?🍋
常⻅的摘要算法有: MD5 和 SHA 系列。
以 MD5 为例, 我们不需要研究具体的计算签名的过程, 只需要了解 MD5 的特点:
- 定⻓: ⽆论多⻓的字符串, 计算出来的 MD5 值都是固定⻓度 (16字节版本或者32字节版本)
- 分散: 源字符串只要改变⼀点点, 最终得到的 MD5 值都会差别很⼤.
- 不可逆: 通过源字符串⽣成 MD5 很容易, 但是通过 MD5 还原成原串理论上是不可能的
正因为 MD5 有这样的特性, 我们可以认为如果两个字符串的 MD5 值相同, 则认为这两个字符串相同。
假设我们的证书只是⼀个简单的字符串 hello, 对这个字符串计算hash值(比如md5), 结果为BC4B2A76B9719D91；如果 hello 中有任意的字符被篡改了, 比如变成了 hella, 那么计算的 md5 值就会变化很⼤：BDBD6F9CF51F2FD8。然后我们可以把这个字符串 hello 和 哈希值BC4B2A76B9719D91 从服务器返回给客户端, 此时客户端如何验证 hello 是否是被篡改过?
那么就只要计算 hello 的哈希值, 看看是不是 BC4B2A76B9719D91 即可。
但是还有个问题, 如果⿊客把 hello 篡改了, 同时也把哈希值重新计算下, 客户端就分辨不出来了呀。
。
所以，对证书明⽂(这⾥就是“hello”)hash形成散列摘要，然后CA使⽤⾃⼰的私钥加密形成签名，将hello和加密的签名合起来形成CA证书，颁发给服务端，当客户端请求的时候，就发送给客户端，中间⼈截获了，因为没有CA私钥，就⽆法更改或者整体掉包，就能安全的证明，证书的合法性。最后，客户端通过操作系统⾥已经存的了的证书发布机构的公钥进⾏解密, 还原出原始的哈希值, 再进⾏校验。
3.4.4 🍋为什么签名不直接加密，⽽是要先hash形成摘要?🍋
- 缩⼩签名密⽂的⻓度,加快数字签名的验证签名的运算速度。
4 🍑总结🍑
HTTPS ⼯作过程中涉及到的密钥有三组：
- 第⼀组(⾮对称加密): ⽤于校验证书是否被篡改. 服务器持有私钥(私钥在形成CSR⽂件与申请证书时获得), 客户端持有公钥(操作系统包含了可信任的 CA 认证机构有哪些, 同时持有对应的公钥). 服务器在客户端请求时，返回携带签名的证书. 客⼾端通过这个公钥进⾏证书验证, 保证证书的合法性，进⼀步保证证书中携带的服务端公钥权威性。
- 第⼆组(⾮对称加密): ⽤于协商⽣成对称加密的密钥. 客户端⽤收到的CA证书中的公钥(是可被信任的)给随机⽣成的对称加密的密钥加密, 传输给服务器, 服务器通过私钥解密获取到对称加密密钥.
- 第三组(对称加密): 客户端和服务器后续传输的数据都通过这个对称密钥加密解密.
其实⼀切的关键都是围绕这个对称加密的密钥. 其他的机制都是辅助这个密钥⼯作的.