什麼是 HTTPS ?
不管是使用手機還是電腦上網，都離不開資料的通訊
現在網際網路上傳輸資料，普遍使用的是超文字傳輸協議，即 HTTP (HyperText Transfer Protocol)
所以，我們以前在上網的時候，會發現所有的網址都有一個 http:// 字首：
簡單而言，HTTP 協議定義了一套規範，讓客戶端或瀏覽器可以和伺服器正常通訊，完成資料傳輸
但是，HTTP 使用明文傳輸，比如你輸入賬號/密碼提交登入：
很有可能被中間人竊聽，從而造成資料洩露，所以說 HTTP 是不安全的，現代瀏覽器會在位址列提示連線不安全：
為了解決安全傳輸的問題，人們發明了 HTTPS，即 HTTP + Secure
為什麼 HTTPS 是安全的？
只要把傳輸的資料加密，那麼通訊就是安全的，前提是除通訊雙方外，任何第三方無法解密：
在上圖示例中，通訊的資料經過加密，即使被中間人竊聽到了，它也無法知道資料內容
HTTPS 是怎麼實現安全通訊的？
加密傳輸確實安全，但是客戶端把資料加密後，伺服器怎麼解密呢？又怎樣保證中間人竊聽到密文後無法解密呢？
答案是：使用對稱加密技術
什麼是對稱加密？
簡單而言，通訊雙方各有一把相同的鑰匙（所謂對稱），客戶端把資料加密鎖起來後，傳送給伺服器，伺服器再用鑰匙解密。同理，伺服器加密後傳輸給客戶端的資料，客戶端也可以用鑰匙解密
那麼，新的問題又出現了：怎樣在通訊之前，給雙方分配兩把一樣的鑰匙呢？
如果真的只有兩個人要通訊的話，可以簡單的私下見個面分配好，以後要通訊的時候用就行。但是，實際通訊往往是一個伺服器和成千上萬的客戶端之間，總不能讓每個人都和伺服器先私下見個面
另外，即使使用了對稱加密技術，如果一方保管不善的話，也有可能鑰匙被人偷了去複製一個，這樣就存在很大的安全隱患，最好是每個客戶端每次和伺服器通訊都用不同的金鑰
一個簡單的解決方案是：客戶端在每次請求通訊之前，先和伺服器協商，通過某種辦法，產生只有雙方知道的對稱金鑰
這個過程就是所謂：金鑰交換(Key Exchange)
金鑰交換演算法有很多種實現，常見的有：
- Deffie-Hellman 金鑰交換演算法
- RSA 金鑰交換演算法
本文以較簡單的 RSA 金鑰交換為例
簡單而言，RSA 金鑰交換演算法需要客戶端向伺服器提供一個 Pre-Master-Key，然後通訊雙方再生成 Master-Key，最後根據 Master-Key 產生後續一系列所需要的金鑰，包括傳輸資料的時候使用的對稱金鑰
那麼，客戶端怎麼把 Pre-Master-Key 告訴伺服器呢？直接明文傳輸麼？
我們之前說過，沒加密的通訊都會被竊聽，是不安全的
似乎進入死迴圈了：為了加密通訊，需要先把 Pre-Master-Key 傳送給伺服器，但是這個傳送又必須要加密
我們引入一種新的加密技術：非對稱加密
什麼是非對稱加密？
簡單而言，伺服器可以生成一對不同的金鑰（所謂非對稱），一把私自儲存，稱為私鑰；一把向所有人公開，稱為公鑰
這對金鑰有這樣的性質：公鑰加密後的資料只有私鑰能解密，私鑰加密後的資料只有公鑰能解密
非對稱加密的一種經典實現叫 RSA 演算法，這種加密演算法最早 1977 年由羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的，RSA 就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的
有了非對稱加密的技術後，事情就好辦了：
客戶端把 Pre-Master-Key 用伺服器的公鑰加密後，傳送給伺服器
因為只有伺服器才有私鑰，所以只有伺服器才能解密資料，獲取客戶端傳送來的 Pre-Master-Key
具體的互動過程：
- 客戶端向伺服器索取公鑰 PublicKey；
- 伺服器將公鑰發給客戶端（這裡沒有保密需求，因為公鑰是向所有人公開的）；
- 客戶端使用伺服器的公鑰 PublicKey 把 Pre-Master-Key 加密成密文，傳送給伺服器；
- 伺服器用私鑰 PrivateKey 解密密文，獲取到客戶端傳送的 Pre-Master-Key;
看起來很完美，但是第 2 步驟又引發了一個新問題：
由於網際網路是公開的，伺服器傳送給客戶端的公鑰可能在傳送過程中被中間人截獲並篡改（所謂中間人攻擊 Man-in-the-middle attack，縮寫：MITM）
因為中間人也可以生成一對非對稱金鑰，它會截獲伺服器傳送的公鑰，然後把它自己的公鑰 MiddleMan-PublicKey 傳送給客戶端，進行欺騙
可憐我們的客戶端，竟然信以為真！然後傻乎乎的把自己的 Pre-Master-Key 用 MiddleMan-PublicKey 加密後，發給中間人
怎麼解決這個問題？
問題等價於：客戶端怎麼確定收到的公鑰，真的就是伺服器的公鑰？
想一想你乘高鐵、坐飛機的時候，怎麼向工作人員證明你是你
答案很簡單，到公安局（權威機構 英文名：Authority）出個身份證明（Certificate）
身份證上記載了你的號碼、姓名、年齡、照片、住址，還有簽發機關、有效期等
所以，伺服器也想辦法到權威機構 (Authority) 辦一張證書 Certificate，上面記載了伺服器的域名、公鑰、所屬單位，還有簽發機關、有效期等
當客戶端收到伺服器發過來的證書後，只要證書不是偽造的，那麼上面記載的公鑰肯定也就是真的！
證書長啥樣？
點選 IE 瀏覽器上的小鎖就可以檢視伺服器的證書檢視證書
不過，這裡又有個新問題：怎麼證明證書不是偽造的？
我們介紹一種防偽手段：簽名（Signature）
什麼是簽名？
我們在生活、工作過程中，經常遇到需要簽名的情況：刷信用卡、籤合同等，用來證明這是本人的行為。簽名之所以可信，是因為理論上每個人的簽名都有生理學基礎，別人是無法偽造的，就像你的指紋一樣
所以，只要伺服器傳送的證書上有權威機構 Authority 的簽名，就可以確信證書是頒發給伺服器的，而不是誰偽造的
這就相當於，只要你的請假條上有領導的簽名，那麼 HR 就會確信領導已經審批同意你請假了
如果說人類簽名使用紙筆，那麼計算機的數字化簽名怎麼實現呢？
答案是使用非對稱加密技術：
- 數字證書認證機構（
Certificate Authority，簡稱CA）生成一對公/私鑰； - 伺服器將自己的域名、公鑰等資訊提交給
CA審查； CA審查無誤，使用私鑰把伺服器資訊的摘要加密，生成的密文就是所謂簽名（Signature）；CA把伺服器的資訊、簽名、有效期等資訊集合到一張證書上，頒發給伺服器；- 客戶端收到伺服器傳送的證書後，使用
CA的公鑰解密簽名，獲得伺服器資訊的摘要，如果和證書上記錄的伺服器資訊的摘要一致，說明伺服器資訊是經過CA認可的
什麼是資訊摘要？
簡單來說，就是一段任意長的資料，經過資訊摘要處理後，可以得到一段固定長度的資料，比如32位元組，只要原始資料有任意變動，生成的資訊摘要都不一樣
但是，在第5步驟又有一個新問題：客戶端怎麼知道 CA 的公鑰？
答案：與生俱來
世界上的根 CA 就那麼幾家，瀏覽器或者作業系統在出廠的時候，已經內建了這些機構的自簽名證書，上面記錄他們的公鑰資訊，你也可以在需要的時候手動安裝 CA 證書
以 Windows 系統為例：
至此，HTTPS 通訊過程已經很明朗了：
- 作業系統/瀏覽器 自帶了 CA 根證書；
- 客戶端因此可以驗證伺服器傳送的證書真實性，從而獲取到伺服器的公鑰；
- 有了伺服器的公鑰，客戶端就可以把 Pre-Master-Key 傳送給伺服器；
- 伺服器獲取到 Pre-Master-Key 後，通過後續產生的對稱金鑰，就可以和客戶端加密通訊了。
總結
本文簡述了 HTTPS 通訊過程的基本原理，涉及到了對稱加密、非對稱加密、資訊摘要、簽名、金鑰交換等技術基礎，以及發行機構、數字證書等概念
具體的 HTTPS 實現細節還要複雜得多，這裡並沒有展開講，但是並不影響對 HTTPS 不熟悉的讀者對原理有基本的認知
參考文獻
- 傳輸層安全協議規範 tools.ietf.org/html/rfc524…
- HTTPS 連線前的幾毫秒發生了什麼 www.moserware.com/2009/06/fir…
- 檢視 Windows 系統根證書 technet.microsoft.com/zh-cn/libra…
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