HTTPS工作原理

本文目標

讀完本文，能夠明白

• 什麼是HTTPS、TLS（SSL），TLS和HTTPS的關係
• 什麼是數字證書及認證過程
• 摘要、數字簽名
• 對稱、非對稱加密演算法

HTTPS概述

HTTPS，也稱作HTTP over TLS。就是在安全的傳輸層上傳送的HTTP。HTTPS經由HTTP進行通訊，但利用SSL/TLS來加密資料包。HTTPS開發的主要目的，是提供對網站伺服器的身份認證，保護交換資料的隱私與完整性。

HTTPS方案

安全的HTTP是可選的。因此，對於Web伺服器發起請求時，我們需要有一種方式來告知Web伺服器去執行HTTP的安全協議版本。這是在URL的方案中實現的。
請求一個客戶端對某個Web資源執行某事務，它會去檢查URL的方案。

• 如果URL的方案是HTTP，客戶端就會開啟一條到伺服器埠80（預設）的連線，併傳送老的HTTP指令。
• 如果URL方案是HTTPS，客戶端就會開啟一條到伺服器埠443（預設）的連線，然後與伺服器握手，以二進位制格式與伺服器交換一些SSL安全引數，附上加密的HTTP命令。

安全傳輸過程

在HTTPS中，客戶端首先會開啟一條到Web伺服器埠443的連線。一旦建立TCP連線，客戶端和伺服器就會初始化SSL層，對加密引數進行溝通，並交換金鑰。握手完成後，SSL初始化就完成了，客戶端就可以把請求報文傳送給安全層了。在將這些報文傳送給TCP之前，要先對其加密。

SSL握手過程

在傳送已加密的HTTP報文之前，客戶端和伺服器需要進行一次SSL握手，在這個握手的過程中，主要完成以下工作：

• 交換協議版本號
• 選擇一個兩端都瞭解的加密方式
• 對兩端身份進行認證
• 生成臨時的會話金鑰，以便加密通道

1. [明文] 客戶端傳送隨機數client_random和支援的加密方式列表
2. [明文] 伺服器返回隨機數server_random ，選擇的加密方式和伺服器證書鏈
3. [RSA] 客戶端驗證伺服器證書，使用證書中的公鑰加密premaster secret 傳送給服務端
4. 服務端使用私鑰解密premaster secret
5. 兩端分別通過client_random，server_random 和premaster secret 生成master secret，用於對稱加密後續通訊內容

數字證書

在訪問HTTPS的網站中會看到位址列左側會有綠色的小鎖頭，點選開啟可以看到這其實是網站的數字證書。

什麼是數字證書

數字證書簡稱CA，它由權威機構給某網站頒發的一種認可憑證，這個憑證是被大家（瀏覽器）所認可的。以數字證書為核心的加密技術(加密傳輸、數字簽名、數字信封等安全技術)可以對網路上傳輸的資訊進行加密和解密、數字簽名和簽名驗證，確保網上傳遞資訊的機密性、完整性及交易的不可抵賴性。使用了數字證書，即使您傳送的資訊在網上被他人截獲，甚至您丟失了個人的賬戶、密碼等資訊，仍可以保證您的賬戶、資金安全。（百度百科）

為什麼需要數字證書

網際網路有太多的服務需要使用證書來驗證身份，以至於客戶端（作業系統或瀏覽器等）無法內建所有證書，需要通過服務端將證書傳送給客戶端。

客戶端為什麼需要驗證數字證書

通過中間人攻擊將請求攔截偽造證書等手段來欺騙客戶端，存在安全風險。

如何驗證數字證書的合法性

需要通過數字簽名來驗證數字證書等合法性。

數字簽名

證書是一個站點的身份證，但是身份證也可以被偽造，為了保證這個證書是真的我們需要數字簽名。我們會將證書內容用簽名演算法生成一個值，我們稱之為“摘要”。然後將該摘要用主機的私鑰加密，加密後的內容就是我們的數字簽名。
當客戶端收到附帶數字簽名的數字證書時，會通過數字證書中的證書籤名演算法將該證書生成一個摘要，在用伺服器眾所周知的公鑰解密數字簽名，看得到的摘要是否相同，相同那就說明證書是真的。
如果公鑰解密後得到的摘要與生成的摘要不符那麼可能有兩種情況

• 傳送方身份不是目的主機
• 目的主機傳送的證書被篡改

對稱和非對稱加密演算法

對稱加密又稱私鑰加密，是一種混淆演算法，能夠在非安全通道上進行安全通訊。
非對稱加密又稱公鑰加密，它是另一種方法，使用兩個金鑰，而不是一個；其中一個金鑰是私密的，另一個是公開的。顧名思義，一個金鑰用於私人，另一個金鑰會被所有人共享。這個兩個金鑰之間存在一些特殊的數學關係。RSA是目前普遍部署的非對稱加密演算法。

參考

《HTTP權威指南》
《HTTPS權威指南》