HTTPS是什么

1. 什么是"加密"

2. 为什么要加密

3. 常⻅的加密⽅式

对称加密

⾮对称加密

4. 数据摘要&&数据指纹

5. 数字签名

HTTPS的⼯作过程

⽅案1- 只使⽤对称加密

⽅案2 - 只使⽤⾮对称加密

⽅案3 - 双⽅都使⽤⾮对称加密

⽅案4 - ⾮对称加密 + 对称加密

中间⼈攻击 - 针对上⾯的场景

引⼊证书

CA认证

理解数据签名

⽅案5 - ⾮对称加密 + 对称加密 + 证书认证

客⼾端进⾏认证

查看浏览器的受信任证书发布机构

中间⼈有没有可能篡改该证书？

中间⼈整个掉包证书？

常⻅问题

为什么摘要内容在⽹络传输的时候⼀定要加密形成签名?

为什么签名不直接加密，⽽是要先hash形成摘要?

如何成为中间⼈ - 了解

完整流程

总结

HTTPS是什么

HTTP协议内容都是按照文本方式明文传输的。这就导致在传输过程中会出现⼀些被窃取、被篡改的情况，为了避免此种情况经常出现，所以就有了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。

1. 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,这样的数据称为密钥

不知道大家有没有看过 冒险小虎队 的书，它是一个冒险小说，里面会有一些解密环节，并附有解密卡，如下图。通过一个工具将内容很普通的一封信，转化成一个情报进行传递。

加密解密到如今已经发展成⼀个独立的学科:密码学。
而密码学的奠基⼈，也正是计算机科学的祖师爷之⼀，艾伦·⻨席森·图灵。

还有另⼀位祖师爷冯诺依曼

图灵⼤佬年少有为,不光奠定了计算机,⼈⼯智能,密码学的基础,并且在⼆战中⼤破德军的Enigma机，使盟军占尽情报优势,才能扭转战局反败为胜。
计算机领域中的最⾼荣誉就是以他名字命名的"图灵奖".

2. 为什么要加密

以前有个音乐软件很出名，它是天天动听。未被运营商劫持的效果,点击下载按钮,就会弹出天天动听的下载链接。

已被劫持的效果,点击下载按钮,就会弹出QQ浏览器的下载链接。

由于我们通过⽹络传输的任何的数据包都会经过运营商的⽹络设备(路由器,交换机等)，那么运营商的⽹络设备就可以解析出你传输的数据内容，并进⾏篡改。

点击"下载按钮"，其实就是在给服务器发送了⼀个HTTP请求，获取到的HTTP响应其实就包含了该APP的下载链接。运营商劫持之后，就发现这个请求是要下载天天动听，那么就⾃动的把交给⽤⼾的响应给篡改成"QQ浏览器"的下载地址了。

因为http的内容是明⽂传输的，明⽂数据会经过路由器、wifi热点、通信服务运营商、代理服务器等多个物理节点，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全暴露了。劫持者还可以篡改传输的信息且不被双⽅察觉，这就是中间⼈攻击，所以我们才需要对信息进⾏加密。不⽌运营商可以劫持,其他的⿊客也可以⽤类似的⼿段进⾏劫持,来窃取⽤⼾隐私信息,或者篡改内容。
总之在互联⽹上,明⽂传输是⽐较危险的事情！！！HTTPS就是在HTTP的基础上进⾏了加密,进⼀步的来保证⽤⼾的信息安全。

3. 常⻅的加密⽅式

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、称加密，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。
比如：按位异或就是一个最简单的对称加密

假设明⽂a=1234，密钥key=8888，则加密 a^key得到的密⽂b=9834。
然后针对密⽂9834再次进⾏运算b ^ key，得到的就是原来的明⽂1234。(对于字符串的对称加密也是同理,每⼀个字符都可以表⽰成⼀个数字)

当然,按位异或只是最简单的对称加密。HTTPS中并不是使⽤按位异或。

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（publickey，简称公钥）和私有密钥（privatekey，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。

使用方式：

        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

4. 数据摘要&&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。

那数据摘要有什么用呢？

可以对比两个文件是否是同一个文件。比如百度网盘的秒传，用户A给网盘上传了一部电影X，后来用户B也上传了同一部电影X，百度网盘的服务器让两个文件用同一种hash转换出两个摘要，通过对比，如果两个文件的摘要相同，说明文件相同，那么只用给用户B生成一个软连接，在用户B使用时进行链接跳转即可。

5. 数字签名

摘要经过加密，就得到数字签名，这个下面会讲。

了解完上面的理论，这里有两个问题需要思考，让我们带着问题探究HTTPS的⼯作过程。

1.对http进⾏对称加密，是否能解决数据通信安全的问题？问题是什么？
2.为何要⽤⾮对称加密？为何不全⽤⾮对称加密？

HTTPS的⼯作过程

网络通信中我们要解决的是什么问题？1.数据被监听，2.数据被篡改。

既然要保证数据安全，就需要进⾏"加密"。⽹络传输中就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:对称加密和⾮对称加密。

⽅案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（除⾮密钥被破解）。

引⼊对称加密之后，即使数据被截获，由于⿊客不知道密钥是啥，因此就⽆法进⾏解密，也就不知道请求的真实内容是啥了。

但事情没这么简单，服务器同⼀时刻其实是给很多客⼾端提供服务的。这么多客⼾端，每个⼈⽤的秘钥都必须是不同的(如果是相同那密钥就太容易扩散了，⿊客就也能拿到了)。因此服务器就需要维护每个客⼾端和每个密钥之间的关联关系，这也是个很⿇烦的事情。

⽐较理想的做法，就是能在客⼾端和服务器建⽴连接的时候，双⽅协商确定这次的密钥是啥。

但是如果直接把密钥明⽂传输。那么⿊客也就能获得密钥了。此时后续的加密操作就形同虚设了。
因此密钥的传输也必须加密传输！
但是要想对密钥进⾏对称加密，就仍然需要先协商确定⼀个"密钥的密钥"。就成了"先有鸡还是先有
蛋"的问题了。此时密钥的传输再⽤对称加密就⾏不通了。

⽅案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，从客⼾端到服务器的传输看似是安全的(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？
如果服务器⽤它的私钥加密数据传给浏览器，那么浏览器⽤公钥可以解密它，⽽这个公钥是⼀开始通过明⽂传输给浏览器的，若这个公钥被中间⼈劫持到了，那他也能⽤该公钥解密服务器传来的信息了。

⽅案3 - 双⽅都使⽤⾮对称加密

服务端拥有公钥spbk与对应的私钥sprk，客⼾端拥有公钥cpbk与对应的私钥cprk，然后客⼾和服务端交换公钥。
客⼾端给服务端发信息：先⽤spbk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sprk。
服务端给客⼾端发信息：先⽤cpbk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cprk。

这样做貌似可以，但是效率太低，而且依旧会有安全问题。

⽅案4 - ⾮对称加密 + 对称加密

我们这里首先解决上面的效率问题。

服务端具有⾮对称公钥S和私钥S'，客⼾端发起https请求，获取服务端公钥S。客⼾端在本地⽣成对称密钥X,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。
服务器通过私钥S'解密，还原出客⼾端发送的对称密钥X。并且使⽤这个对称密钥加密给客⼾端返回的响应数据，后续客⼾端和服务器的通信都只⽤对称加密即可。由于该密钥只有客⼾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。

这样也会比双方都使⽤⾮对称加密的效率高很多，但是安全问题依旧没有解决。

⽅案2，⽅案3，⽅案4都存在⼀个问题，如果最开始，中间⼈就已经开始攻击了呢？

中间⼈攻击 - 针对上⾯的场景

Man-in-the-MiddleAttack，简称“MITM攻击”

确实，在⽅案2/3/4中，客⼾端获取到公钥S之后，对客⼾端形成的对称秘钥X⽤服务端给客⼾端的公钥S进⾏加密，中间⼈即使窃取到了数据，此时中间⼈确实⽆法解出客⼾端形成的密钥X，因为只有服务器有私钥S'，但是中间⼈的攻击，如果在最开始握⼿协商的时候就进⾏了，那就不⼀定了，假设hacker已经成功成为中间⼈。

服务器具有⾮对称加密算法的公钥S，私钥S'，
中间⼈具有⾮对称加密算法的公钥M，私钥M'。
客⼾端向服务器发起请求，服务器明⽂传送公钥S给客⼾端，中间⼈劫持数据报⽂，提取公钥S并保存好，然后将被劫持报⽂中的公钥S替换成为⾃⼰的公钥M，并将伪造报⽂发给客⼾端。
客⼾端收到报⽂，提取公钥M(当然不知道公钥被更换过了)，⾃⼰形成对称秘钥X，⽤公钥M加密X，形成报⽂发送给服务器。
中间⼈劫持后，直接⽤⾃⼰的私钥M'进⾏解密，得到通信秘钥X，再⽤曾经保存的服务端公钥S加密后，将报⽂推送给服务器。
服务器拿到报⽂，⽤⾃⼰的私钥S'解密，得到通信秘钥X。
双⽅开始采⽤X进⾏对称加密，进⾏通信。但是⼀切都在中间⼈的掌握中，劫持数据，进⾏窃听甚⾄修改，都是可以的。

那么上面的问题本质出在哪⾥了呢？因为客⼾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，也就是说客户端无法辨别收到的公钥是否合法。

引⼊证书

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。

CA认证的百度百科：CA认证_百度百科 (baidu.com)

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
......

需要注意的是：申请证书的时候，需要在特定平台⽣成，会同时⽣成⼀对⼉密钥对⼉，即公钥和私钥。这对密钥对⼉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）。

CSR在线生成工具 (myssl.com)可以使⽤在线⽣成CSR和私钥：CSR在线生成工具 (myssl.com)

形成CSR之后，后续就是向CA进⾏申请认证，不过⼀般认证过程很繁琐，⽹络各种提供证书申请的服务商，⼀般真的需要，直接找平台解决就⾏。

理解数据签名

签名的形成是基于⾮对称加密算法的，主要是为了防止被篡改。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：
1. CA机构拥有⾮对称加密的私钥A和公钥A'，
2. 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，
3. 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。

⽅案5 - ⾮对称加密 + 对称加密 + 证书认证

在客⼾端和服务器刚⼀建⽴连接的时候，服务器给客⼾端返回⼀个证书，证书包含了之前服务端的公钥，也包含了⽹站的⾝份信息。

客⼾端进⾏认证

当客⼾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。

查看浏览器的受信任证书发布机构

Chrome浏览器，点击右上⻆的选择"设置"，搜索"证书管理"，即可看到以下界⾯。(如果没有，在隐私设置和安全性->安全⾥⾯找找)

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，所以⽆法在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，客⼾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。

中间⼈整个掉包证书？

因为中间⼈没有CA私钥，所以⽆法制作假的证书，那么中间⼈只能向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，客⼾端依旧能够识别出来。

永远记住：中间⼈没有CA私钥，所以对任何证书都⽆法进⾏合法修改，包括⾃⼰的。

常⻅问题

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。

理解判定证书篡改的过程：(这个过程就好⽐判定这个⾝份证是不是伪造的⾝份证)
        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 从服务器返回给客⼾端，此时客⼾端如何验证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，客⼾端就分辨不出来了呀。

所以被传输的哈希值不能传输明⽂，需要传输密⽂。

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，当客⼾端请求的时候，就发送给客⼾端，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，客⼾端通过操作系统⾥已经存在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。

为什么签名不直接加密，⽽是要先hash形成摘要?

为了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。

如何成为中间⼈ - 了解

ARP欺骗：在局域⽹中，hacker经过收到ARP Request⼴播包，能够偷听到其它节点的(IP，MAC)
地址。例，⿊客收到两个主机A，B的地址，告诉B (受害者) ，⾃⼰是A，使得B在发送给A 的数据包都被⿊客截取。
ICMP攻击：由于ICMP协议中有重定向的报⽂类型，那么我们就可以伪造⼀个ICMP信息然后发送给局域⽹中的客⼾端，并伪装⾃⼰是⼀个更好的路由通路。从⽽导致⽬标所有的上⽹流量都会发送到我们指定的接⼝上，达到和ARP欺骗同样的效果。
假wifi && 假⽹站等。

完整流程

下图是https的工作过程

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)，客⼾端持有公钥(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)。服务器在客⼾端请求是，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。客⼾端⽤收到的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)：客⼾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。