HTTPS协议学习笔记

　　在前一段时间准备面试的时候，面试官反复提到了HTTPS这个协议。我只是单纯的知道，HTTPS是安全的应用层协议 是HTTP更安全的版本，通过对称密钥加密。但是具体的其他的，可能我不太了解。今天就专门抽出来一点时间，好好把这个协议搞清楚。

一、HTTPS是谁造的？

　　HTTPS 全称为超文本传输安全协议，英文为（Hypertext Transfer Protocol Secure） 密文传输      　 　CA证书证明自己的用处 　                  80端口

　　注意HTTP协议的全程为：超文本传输协议。英文为(HyperText Transfer Protocol)       明文传输                       无                                              443端口

　　这个多了的S ，secure。其实可以简单的理解为HTTP的安全加强版。

　　那么回到标题，这玩意是谁造的呢，他由1994年首次了理论提出，在互联网出现交易支付和敏感信息传输的安全需求后，近十年间，得到了迅速发展。

　　HTTPS 经常用于保护所有类型网站的网页真实性，保护账户和用户通信，身份和网站浏览的私密性。谷歌最早启用该协议，初衷也自然是为了保护数据安全，近年来互联网各个巨头公司也逐渐采用该协议。同时也是为了互联网发展趋势。

二、HTTPS原理

　　举个浅显的例子：

　　 A和B两个人要说话，如果使用普通话的话，那大家都懂，
　　一旦遭到窃听，窃听者只需窃听声音后，就知道双方在谈了什么。

　　再举个例子：
        A和B两个人要说机密的东西，但是此时如果仍然使用普通话的话，显然不符合安全需求。
        两个人可以用自己本地的方言，甚至自己制造的语言。 这样就算窃听者拿到了信息，也无法进行解密。 则达到目的。

刚才举得例子，显而易见，一个是HTTP协议，一个是HTTPS协议。那既然例子举了，我们来说原理：

既然我们有加密的需求对吧， 您的好友密码学家，数学家就上线了。

对称加密，非对称加密。 DES, RSA  AES MD5  是谁要的加密算法来着，你到底要那个啊，我这有好多呢。

emmmm 到底我得先搞清楚我的加密算法需求啊，要不然这么多算法，用那个呢....

　　加密需求：

在通讯过程中，只有且只有A和B清晰谈话的内容，在此之外，禁止任何第三方可以知道谈话内容的话，

就像这样， A要说一句Hello，那么经过S密钥加密后，在传输过程中，就变成了密文。

密文达到B后，使用密钥S解析。获得加密前的原文。

这就是对称加密算法，其中图中的密钥S同时扮演加密和解密的角色

只要这个密钥S不公开给第三者，同时密钥S足够强壮安全，我们就解决了我们一开始所定问题域了。因为世界上有且只有A与B知道如何加密和解密他们之间的消息。

　　但是：

万维网这么大.....大家都采用一个加密算法，密钥怎么搞呢，那不跟所有人都没用一样吗。

emmmm  那就用不同的密钥呗。

但是用不同的密钥的话， 又要涉及到如何A告诉B 我要使用的是什么密钥呢。

就相当于：

A给B说，我要用英语给你说话了昂，你注意听
B说:        好嘞~

我如果是C，我也知道你们要用英文交流啊。这不忽悠傻子呢嘛....   （这里，用英文，就相当于是密钥的意思）
C这时候且听到的密钥协商方式，就是中间人攻击。

你虽然协商加密了，但是你协商的过程没有加密啊。一旦遭到中间人攻击的话，这和裸奔也没啥区别对吧。我们协议本身是http的安全协议，就要考虑其安全行

三、如何对密钥协商过程进行加密（引申的新问题）

新问题来了，如何对协商过程进行加密？密码学领域中，有一种称为“非对称加密”的加密算法，特点是私钥加密后的密文，只要是公钥，都可以解密，但是公钥加密后的密文，只有私钥可以解密。私钥只有一个人有，而公钥可以发给所有的人。

虽然服务器端向A、B……的方向还是不安全的，但是至少A、B向服务器端方向是安全的。

好了，如何协商加密算法的问题，我们解决了：使用非对称加密算法进行对称加密算法协商过程。

这下，你明白为什么HTTPS同时需要对称加密算法和非对称加密算法了吧？

要达到Web服务器针对每个客户端使用不同的对称加密算法，同时，我们也不能让第三者知道这个对称加密算法是什么，怎么办？

使用随机数，就是使用随机数来生成对称加密算法。这样就可以做到服务器和客户端每次交互都是新的加密算法、只有在交互的那一该才确定加密算法。

这下，你明白为什么HTTPS协议握手阶段会有这么多的随机数了吧。

如何得到公钥？

细心的人可能已经注意到了如果使用非对称加密算法，我们的客户端A，B需要一开始就持有公钥，要不没法开展加密行为啊。

这下，我们又遇到新问题了，如何让A、B客户端安全地得到公钥？

我能想到的方案只有这些：

方案1. 服务器端将公钥发送给每一个客户端

方案2. 服务器端将公钥放到一个远程服务器，客户端可以请求得到

我们选择方案1，因为方案2又多了一次请求，还要另外处理公钥的放置问题。

公钥被调包了怎么办？又是一个鸡生蛋蛋生鸡问题？

但是方案1有个问题：如果服务器端发送公钥给客户端时，被中间人调包了，怎么办？

我画了张图方便理解：

使用第三方机构的公钥解决鸡生蛋蛋生鸡问题

公钥被调包的问题出现，是因为我们的客户端无法分辨返回公钥的人到底是中间人，还是真的服务器。这其实就是密码学中提的身份验证问题。

如果让你来解决，你怎么解决？如果你了解过HTTPS，会知道使用数字证书来解决。但是你想过证书的本质是什么么？请放下你对HTTPS已有的知识，自己尝试找到解决方案。

我是这样解决的。既然服务器需要将公钥传给客户端，这个过程本身是不安全，那么我们为什么不对这个过程本身再加密一次？可是，你是使用对称加密，还是非对称加密？这下好了，我感觉又进了鸡生蛋蛋生鸡问题了。

问题的难点是如果我们选择直接将公钥传递给客户端的方案，我们始终无法解决公钥传递被中间人调包的问题。

所以，我们不能直接将服务器的公钥传递给客户端，而是第三方机构使用它的私钥对我们的公钥进行加密后，再传给客户端。客户端再使用第三方机构的公钥进行解密。

下图就是我们设计的第一版“数字证书”，证书中只有服务器交给第三方机构的公钥，而且这个公钥被第三方机构的私钥加密了：

如果能解密，就说明这个公钥没有被中间人调包。因为如果中间人使用自己的私钥加密后的东西传给客户端，客户端是无法使用第三方的公钥进行解密的。

话到此，我以为解决问题了。但是现实中HTTPS，还有一个数字签名的概念，我没法理解它的设计理由。

原来，我漏掉了一个场景：第三方机构不可能只给你一家公司制作证书，它也可能会给中间人这样有坏心思的公司发放证书。这样的，中间人就有机会对你的证书进行调包，客户端在这种情况下是无法分辨出是接收的是你的证书，还是中间人的。因为不论中间人，还是你的证书，都能使用第三方机构的公钥进行解密。像下面这样：

第三方机构向多家公司颁发证书的情况：

客户端能解密同一家第三机构颁发的所有证书：

最终导致其它持有同一家第三方机构证书的中间人可以进行调包：

数字签名，解决同一机构颁发的不同证书被篡改问题

要解决这个问题，我们首先要想清楚一个问题，辨别同一机构下不同证书的这个职责，我们应该放在哪？

只能放到客户端了。意思是，客户端在拿到证书后，自己就有能力分辨证书是否被篡改了。如何才能有这个能力呢？

我们从现实中找灵感。比如你是HR，你手上拿到候选人的学历证书，证书上写了持证人，颁发机构，颁发时间等等，同时证书上，还写有一个最重要的：证书编号！我们怎么鉴别这张证书是的真伪呢？只要拿着这个证书编号上相关机构去查，如果证书上的持证人与现实的这个候选人一致，同时证书编号也能对应上，那么就说明这个证书是真实的。

我们的客户端能不能采用这个机制呢？像这样：

可是，这个“第三方机构”到底是在哪呢？是一个远端服务？不可能吧？如果是个远端服务，整个交互都会慢了。所以，这个第三方机构的验证功能只能放在客户端的本地了。

客户端本地怎么验证证书呢？

客户端本地怎么验证证书呢？答案是证书本身就已经告诉客户端怎么验证证书的真伪。

也就是证书上写着如何根据证书的内容生成证书编号。客户端拿到证书后根据证书上的方法自己生成一个证书编号，如果生成的证书编号与证书上的证书编号相同，那么说明这个证书是真实的。

同时，为避免证书编号本身又被调包，所以使用第三方的私钥进行加密。

这地方有些抽象，我们来个图帮助理解：

证书的制作如图所示。证书中的“编号生成方法MD5”就是告诉客户端：你使用MD5对证书的内容求值就可以得到一个证书编号。

当客户端拿到证书后，开始对证书中的内容进行验证，如果客户端计算出来的证书编号与证书中的证书编号相同，则验证通过：

但是第三方机构的公钥怎么跑到了客户端的机器中呢？世界上这么多机器。

其实呢，现实中，浏览器和操作系统都会维护一个权威的第三方机构列表（包括它们的公钥）。因为客户端接收到的证书中会写有颁发机构，客户端就根据这个颁发机构的值在本地找相应的公钥。

题外话：如果浏览器和操作系统这道防线被破了，就没办法。想想当年自己装过的非常规XP系统，都害怕。

说到这里，想必大家已经知道上文所说的，证书就是HTTPS中数字证书，证书编号就是数字签名，而第三方机构就是指数字证书签发机构（CA）。

CA如何颁发数字证书给服务器端的？

当我听到这个问题时，我误以为，我们的SERVER需要发网络请求到CA部门的服务器来拿这个证书。