概念的准备

什么是加密

为什么需要加密

常见的加密方式

对称加密

非对称加密

数据摘要(数字指纹)

数字签名

https的工作过程

方案一：只使用对称加密

方案二：只使用非对称加密

方案三：双方都采用非对称加密

方案四：非对称加密+对称加密

中间人攻击

CA认证

理解证书

数字签名

客户端认证

常见问题

中间人有没有可能篡改该证书？

为什么摘要内容在网络传输的时候⼀定要加密形成签名?

https完整流程

上一章节我们讲解了http协议，我们知道http协议是明文传输的，是非常不安全的。为了解决这个安全问题，我们便采用了一种新的协议——https协议.

概念的准备

为了安全，我们需要对数据进行加密，防止被他人劫持得到数据，然后造成隐私等泄露。那么什么是加密呢？

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.

为什么需要加密

运营商劫持

大家可能遇到这样的情况，当我们从网上下载一个软件时，下载完成后，可能根本不是我们想要下载的软件。这是因为我们的请求结果被劫持了，然后被替换成了其他的连接。

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这个软件比如天天动听, 那么就⾃动的把交给⽤户的响应给篡改成比如"QQ浏览器" 的下载地址了.

图解如下：

所以：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。

当然不只是运营商可以劫持用户的请求，一些黑客也可以利用类似的手段进行劫持，然后获得或者篡改数据。假设我们提交的是我们的支付密码，那带来的后果非常严重，因此需要对http请求进行加密，进一步来保护用户的隐私安全。

常见的加密方式

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

来一个最简单的例子，比如异或，我们假设这个密钥key=8888.

然后此时有一个明文a=1234需要发送给对方，首先对a进行加密a^key=9834, 然后对方会收到"9834"这个数据，然后对这个数据进行解密：9834 ^ key = 1234.这样便得到了发送方发送的数据了。(这里是利用到了同一个数据异或两次等于它本身)

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（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非常慢，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

假设对于一个数据，我们首先要利用公钥对数据进行加密，然后发送给对方后，对方利用私钥再对这个加密的数据进行解密，而这个私钥世界上只有接收方这一个知道。这样也就保证了数据的安全。

例子：A 要给 B ⼀些重要的⽂件, 但是 B 可能不在. 于是 A 和 B 提前做出约定: B 说: 我桌⼦上有个盒⼦, 然后我给你⼀把锁, 你把⽂件放盒⼦⾥⽤锁锁上, 然后我回头拿着钥匙来开锁取⽂件. 在这个场景中, 这把锁就相当于公钥, 钥匙就是私钥. 公钥给谁都⾏(不怕泄露), 但是私钥只有 B ⾃⼰持有. 持有私钥的⼈才能解密.

数据摘要(数字指纹)

• 数据摘要(数字指纹),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，数据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.也可以说数据摘要是不可逆的.

例如所用的百度网盘，大家转存文件时，通常非常大的数据例如几十个G，在一到两秒内就可以完成，这是如何做到的呢？

其实第一个人在上传资源时，会给该资源利用hash函数生成一个数据摘要，然后存在百度网盘服务端中，当有一个人再上传或转存资源时，会首先在本地给该资源生成一个数据摘要，然后与网盘中所有的摘要对比，如果有，则直接生成一个链接文件直接指向它即可，所以速度会非常快。而如果自己上传的文件别人从来没有上传过，那么速度就可能很慢了。这便是数据摘要的一个应用。

数字签名

对上面所形成的数据摘要进行加密后的数据，就是数字签名，这个有什么用呢，我们本文章后面再对这个内容进行详细的讲解。

https的工作过程

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: 对称加密和⾮对称加密

方案一：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多少，因此就⽆法进⾏解密,也就不知道请求的真实内容是说明了。
但事情没这么简单.服务器同⼀时刻其实是给很多客户端提供服务的.这么多客户端,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户端和每个密钥之间的关联关系,这也是个很⿇烦的事情

按我们说的，那就提前双方协商好密钥是多少就好了，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.这就成了"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.

方案二：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客户端，之后客户端向服务器传数据前都先⽤这个公钥加密好再传，从客户端到服务器信道是安全的，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客户端，那么客户端⽤公钥可以解密它，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.

如果用公钥加密数据发送给客户端，但客户端不知道私钥，所以也没办法解密数据。

所以这种方法也不可行.

方案三：双方都采用非对称加密

1. 服务端拥有公钥S与对应的私钥S'，客⼾端拥有公钥C与对应的私钥C'
2. 客⼾和服务端交换公钥
3. 客⼾端给服务端发信息：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'
4. 服务端给客⼾端发信息：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(非对称加密本身速度很慢，双方都使用了非对称加密，速度会更加缓慢)
• 依旧有安全问题

在实际情况中，双方都采用非对称加密进行密钥交换存在一些安全问题，如中间人攻击（Man-in-the-Middle, MITM）。
中间人攻击是指攻击者冒充服务器与客户端建立连接，并与双方分别建立非对称加密连接。攻击者可以同时与客户端和服务器交换公钥，将双方的密钥替换为自己持有的密钥。因此，攻击者能够获取、查看和修改双方之间的通信内容。(后面会说)

方案四：非对称加密+对称加密

这个方案我们首先要解决效率问题。

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
服务器通过私钥S'解密,还原出客⼾端发送的对称密钥C.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

中间人攻击

在⽅案4中，客⼾端获取到公钥S之后，对客⼾端形成的对称密钥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.

1. 服务器具有⾮对称加密算法的公钥S，私钥S'
2. 中间⼈具有⾮对称加密算法的公钥M，私钥M'
3. 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
4. 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
5. 客⼾端收到报⽂，提取公钥M(⾃⼰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
6. 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
7. 服务器拿到报⽂，⽤⾃⼰的私钥S'解密，得到通信秘钥X
8. 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.

上⾯的攻击⽅案，同样适⽤于⽅案2，⽅案3?
问题本质出在哪⾥了呢？

1.中间人可以对数据做篡改

2.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！

CA认证

理解证书

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机构就相当于是政府.

以上是一个宏观流程，首先第一步服务端要想CA机构申请证书，信息包括公钥对与私钥对，域名，申请者等信息。然后等待CA机构的审核，审核完成后会签发一个证书，该证书包括明文信息+数字签名，其中明文信息就包括域名，公钥等信息；

数字签名

先把明文信息利用哈希散列函数生成一个固定长度的摘要，然后再对该摘要利用CA机构的私钥进行加密，CA机构的私钥世界上只有CA机构自己知道，其他人都无法知道。然后最后得到的就是数字签名。

将明文信息和数字签名合在一起，便构成了一个完整的证书。

客户端认证

当服务端成功得到证书后，后续服务端与客户端的通信便不再传输公钥，而是直接传输证书。证书中包含了公钥等信息。

客户端进⾏认证：
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(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.

常见问题

中间人有没有可能篡改该证书？

答案是不可能的.
• 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.

为什么摘要内容在网络传输的时候⼀定要加密形成签名?

        在网络传输中，摘要内容加密形成签名的目的是确保传输的数据的完整性和认证性。
        数字签名是使用私钥对摘要进行加密的过程。发送方使用私钥对摘要进行签名，然后接收方使用相应的公钥来验证签名的有效性。通过这种方式，接收方可以确定消息是否被篡改过。(上面说了)
        在传输过程中，如果仅仅传输原始数据，没有进行签名或加密，那么中间的攻击者有可能窃听、篡改或伪造数据。通过对摘要进行加密形成签名后，并将签名与原始数据一起传输，可以在接收方进行验证。如果签名验证通过，接收方可以确信数据的完整性和认证性。
        通过加密形成的签名，保证了数据在传输过程中不受篡改，并且验证了数据的来源身份。这为保护数据的安全性和可信性提供了一定的保障，尤其在网络通信中更为重要。

下面这就是不加密的例子：

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.

所以被传输的哈希值不能传输明⽂,需要传输密⽂

https完整流程

左侧都是客户端做的事情,右侧都是服务器做的事情.

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.客户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.

到这里https的全部内容就完成了.