HTTPS的底層原理如何實現(xiàn)？

HTTPS

隨著 HTTPS 建站的成本下降，現(xiàn)在大部分的網站都已經開始用上 HTTPS 協(xié)議。大家都知道 HTTPS 比 HTTP 安全，也聽說過與 HTTPS 協(xié)議相關的概念有 SSL 、非對稱加密、 CA證書等，但對于以下靈魂三拷問可能就答不上了：

為什么用了 HTTPS 就是安全的？

HTTPS 的底層原理如何實現(xiàn)？

用了 HTTPS 就一定安全嗎？

本文將層層深入，從原理上把 HTTPS 的安全性講透。

HTTPS 的實現(xiàn)原理

大家可能都聽說過 HTTPS 協(xié)議之所以是安全的是因為 HTTPS 協(xié)議會對傳輸?shù)臄?shù)據進行加密，而加密過程是使用了非對稱加密實現(xiàn)。但其實，HTTPS 在內容傳輸?shù)募用苌鲜褂玫氖菍ΨQ加密，非對稱加密只作用在證書驗證階段。

HTTPS的整體過程分為證書驗證和數(shù)據傳輸階段，具體的交互過程如下：

** ① 證書驗證階段**

瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請求

服務端返回 HTTPS 證書

客戶端驗證證書是否合法，如果不合法則提示告警

** ② 數(shù)據傳輸階段**

當證書驗證合法后，在本地生成隨機數(shù)

通過公鑰加密隨機數(shù)，并把加密后的隨機數(shù)傳輸?shù)椒斩?/p>

服務端通過私鑰對隨機數(shù)進行解密

服務端通過客戶端傳入的隨機數(shù)構造對稱加密算法，對返回結果內容進行加密后傳輸

為什么數(shù)據傳輸是用對稱加密？

首先，非對稱加密的加解密效率是非常低的，而 http 的應用場景中通常端與端之間存在大量的交互，非對稱加密的效率是無法接受的；

另外，在 HTTPS 的場景中只有服務端保存了私鑰，一對公私鑰只能實現(xiàn)單向的加解密，所以 HTTPS 中內容傳輸加密采取的是對稱加密，而不是非對稱加密。

為什么需要 CA 認證機構頒發(fā)證書？

HTTP 協(xié)議被認為不安全是因為傳輸過程容易被監(jiān)聽者勾線監(jiān)聽、偽造服務器，而 HTTPS 協(xié)議主要解決的便是網絡傳輸?shù)陌踩詥栴}。

首先我們假設不存在認證機構，任何人都可以制作證書，這帶來的安全風險便是經典的“中間人攻擊”問題?！爸虚g人攻擊”的具體過程如下：

過程原理：

本地請求被劫持（如DNS劫持等），所有請求均發(fā)送到中間人的服務器

中間人服務器返回中間人自己的證書

客戶端創(chuàng)建隨機數(shù)，通過中間人證書的公鑰對隨機數(shù)加密后傳送給中間人，然后憑隨機數(shù)構造對稱加密對傳輸內容進行加密傳輸

中間人因為擁有客戶端的隨機數(shù)，可以通過對稱加密算法進行內容解密

中間人以客戶端的請求內容再向正規(guī)網站發(fā)起請求

因為中間人與服務器的通信過程是合法的，正規(guī)網站通過建立的安全通道返回加密后的數(shù)據

中間人憑借與正規(guī)網站建立的對稱加密算法對內容進行解密

中間人通過與客戶端建立的對稱加密算法對正規(guī)內容返回的數(shù)據進行加密傳輸

客戶端通過與中間人建立的對稱加密算法對返回結果數(shù)據進行解密 由于缺少對證書的驗證，所以客戶端雖然發(fā)起的是 HTTPS 請求，但客戶端完全不知道自己的網絡已被攔截，傳輸內容被中間人全部竊取。

瀏覽器是如何確保 CA 證書的合法性？

1. 證書包含什么信息？

頒發(fā)機構信息

公鑰

公司信息

域名

有效期

指紋

......

2. 證書的合法性依據是什么？

首先，權威機構是要有認證的，不是隨便一個機構都有資格頒發(fā)證書，不然也不叫做權威機構。另外，證書的可信性基于信任制，權威機構需要對其頒發(fā)的證書進行信用背書，只要是權威機構生成的證書，我們就認為是合法的。所以權威機構會對申請者的信息進行審核，不同等級的權威機構對審核的要求也不一樣，于是證書也分為免費的、便宜的和貴的。

3. 瀏覽器如何驗證證書的合法性？

瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請求時，服務器會返回網站的 SSL 證書，瀏覽器需要對證書做以下驗證：

驗證域名、有效期等信息是否正確。證書上都有包含這些信息，比較容易完成驗證；

判斷證書來源是否合法。每份簽發(fā)證書都可以根據驗證鏈查找到對應的根證書，操作系統(tǒng)、瀏覽器會在本地存儲權威機構的根證書，利用本地根證書可以對對應機構簽發(fā)證書完成來源驗證；

判斷證書是否被篡改。需要與 CA 服務器進行校驗；

判斷證書是否已吊銷。通過CRL（Certificate Revocation List 證書注銷列表）和 OCSP（Online Certificate Status Protocol 在線證書狀態(tài)協(xié)議）實現(xiàn)，其中 OCSP 可用于第3步中以減少與 CA 服務器的交互，提高驗證效率

以上任意一步都滿足的情況下瀏覽器才認為證書是合法的。

這里插一個我想了很久的但其實答案很簡單的問題：

既然證書是公開的，如果要發(fā)起中間人攻擊，我在官網上下載一份證書作為我的服務器證書，那客戶端肯定會認同這個證書是合法的，如何避免這種證書冒用的情況？

其實這就是非加密對稱中公私鑰的用處，雖然中間人可以得到證書，但私鑰是無法獲取的，一份公鑰是不可能推算出其對應的私鑰，中間人即使拿到證書也無法偽裝成合法服務端，因為無法對客戶端傳入的加密數(shù)據進行解密。

4. 只有認證機構可以生成證書嗎？

如果需要瀏覽器不提示安全風險，那只能使用認證機構簽發(fā)的證書。但瀏覽器通常只是提示安全風險，并不限制網站不能訪問，所以從技術上誰都可以生成證書，只要有證書就可以完成網站的 HTTPS 傳輸。例如早期的 12306 采用的便是手動安裝私有證書的形式實現(xiàn) HTTPS 訪問。

本地隨機數(shù)被竊取怎么辦？

證書驗證是采用非對稱加密實現(xiàn)，但是傳輸過程是采用對稱加密，而其中對稱加密算法中重要的隨機數(shù)是由本地生成并且存儲于本地的，HTTPS 如何保證隨機數(shù)不會被竊??？

其實 HTTPS 并不包含對隨機數(shù)的安全保證，HTTPS 保證的只是傳輸過程安全，而隨機數(shù)存儲于本地，本地的安全屬于另一安全范疇，應對的措施有安裝殺毒軟件、反木馬、瀏覽器升級修復漏洞等。

用了 HTTPS 會被抓包嗎？

HTTPS 的數(shù)據是加密的，常規(guī)下抓包工具代理請求后抓到的包內容是加密狀態(tài)，無法直接查看。

但是，正如前文所說，瀏覽器只會提示安全風險，如果用戶授權仍然可以繼續(xù)訪問網站，完成請求。因此，只要客戶端是我們自己的終端，我們授權的情況下，便可以組建中間人網絡，而抓包工具便是作為中間人的代理。通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是會生成一個證書，用戶需要手動把證書安裝到客戶端中，然后終端發(fā)起的所有請求通過該證書完成與抓包工具的交互，然后抓包工具再轉發(fā)請求到服務器，最后把服務器返回的結果在控制臺輸出后再返回給終端，從而完成整個請求的閉環(huán)。

既然 HTTPS 不能防抓包，那 HTTPS 有什么意義？HTTPS 可以防止用戶在不知情的情況下通信鏈路被監(jiān)聽，對于主動授信的抓包操作是不提供防護的，因為這個場景用戶是已經對風險知情。要防止被抓包，需要采用應用級的安全防護，例如采用私有的對稱加密，同時做好移動端的防反編譯加固，防止本地算法被破解。

總結

以下用簡短的Q&A形式進行全文總結：

Q: HTTPS 為什么安全？A: 因為 HTTPS 保證了傳輸安全，防止傳輸過程被監(jiān)聽、防止數(shù)據被竊取，可以確認網站的真實性。

Q: HTTPS 的傳輸過程是怎樣的？A: 客戶端發(fā)起 HTTPS 請求，服務端返回證書，客戶端對證書進行驗證，驗證通過后本地生成用于改造對稱加密算法的隨機數(shù)，通過證書中的公鑰對隨機數(shù)進行加密傳輸?shù)椒斩?，服務端接收后通過私鑰解密得到隨機數(shù)，之后的數(shù)據交互通過對稱加密算法進行加解密。

Q: 為什么需要證書？A: 防止”中間人“攻擊，同時可以為網站提供身份證明。

Q: 使用 HTTPS 會被抓包嗎？A: 會被抓包，HTTPS 只防止用戶在不知情的情況下通信被監(jiān)聽，如果用戶主動授信，是可以構建“中間人”網絡，代理軟件可以對傳輸內容進行解密。

編輯：黃飛