https工作原理介绍

缺乏、安全感 2022-02-22 13:10 312阅读 0赞

大家都知道要使用https，需要在网站的服务器上配置https证书（一般是nginx，或者tomcat），证书可以使用自己生成，也可以向专门的https证书提供商进行购买。这两种的区别是自己生成的证书是不被浏览器信任的,所以当访问的时候回提示不安全的网站，需要点击信任之后才能继续访问

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自己生成的

而购买的https证书会提示安全

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DV,OV

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这是因为浏览器中预置了一些https证书提供商的证书，在浏览器获取到服务器的https证书进行验证的时候就知道这个https证书是可信的；而自己生成的证书，浏览器获取到之后无法进行验证是否可信，所以就给出不安全的提示。  
下面对具体的一些知识点进行介绍

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1. 什么是https

https简单的说就是安全版的http，因为http协议的数据都是明文进行传输的，所以对于一些敏感信息的传输就很不安全，为了安全传输敏感数据，网景公司设计了SSL（Secure Socket Layer），在http的基础上添加了一个安全传输层，对所有的数据都加密后再进行传输，客户端和服务器端收到加密数据后按照之前约定好的秘钥解密。

2. 加密和解密

Https的发展和密码学的发展是分不开的。大家应该知道加密方式可以大体分为对称加密和非对称加密（反正我就知道这两种）

*  对称加密，就是加密和解密都是用同一个秘钥，这种方式优点就是速度快，缺点就是在管理和分配秘钥的时候不安全。
 *  非对称加密算法，非对称加密有一个秘钥对，叫做公钥和私钥，私钥自己持有，公钥可以公开的发送给使用的人。使用公钥进行加密的信息，只有和其配对的私钥可以解开。目前常见的非对称加密算法是RSA，非对称的加密算法的优点是安全，因为他不需要把私钥暴露出去。  
    **在正式的使用场景中一般都是对称加密和非对称加密结合使用，使用非对称加密完成秘钥的传递，然后使用对称秘钥进行数据加密和解密**

[对称加密算法和非对称加密算法速度对比][Link 1]

3. https证书的申请流程

1 在服务器上生成CSR文件（证书申请文件，内容包括证书公钥、使用的Hash算法、申请的域名、公司名称、职位等信息）  
可以使用命令在服务器上生成；也可以使用线上的工具进行生成，线上的工具会把公钥加入到CSR文件中，并同时生成私钥。

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CSR文件内容

2 把CSR文件和其他可能的证件上传到CA认证机构，CA机构收到证书申请之后，使用申请中的Hash算法，对部分内容进行摘要，然后`使用CA机构自己的私钥对这段摘要信息进行签名`，

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CA机构进行签名

3 然后CA机构把签名过的证书通过邮件形式发送到申请者手中。

4 申请者收到证书之后部署到自己的web服务器中。下面会在写一篇关于部署的文章

当然这是不通过CA代理机构进行申请的流程，现在网上有好多CA的代理机构，像腾讯云，阿里云都可以申请https证书，流程都差不多。  
[阿里云申请证书流程][Link 2]

4. 客户端（浏览器）和服务器端交互流程

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客户端服务端交互

1.  client Hello,客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求

> （1） 支持的协议版本，比如TLS 1.0版。  
> （2） 一个客户端生成的随机数 random1，稍后用于生成"对话密钥"。  
> （3） 支持的加密方法，比如RSA公钥加密。  
> （4） 支持的压缩方法。

1.  服务器收到请求,然后响应 (server Hello)

> （1） 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。  
> （2） 一个服务器生成的随机数random2，稍后用于生成"对话密钥"。  
> （3） 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。  
> （4） 服务器证书。

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证书内容

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证书内容

1.  客户端收到证书之后会首先会进行验证

*  验证流程

> 1.  我们知道CA机构在签发证书的时候，都会使用自己的私钥对证书进行签名  
>     证书里的签名算法字段 sha256RSA 表示，CA机构使用sha256对证书进行摘要，然后使用RSA算法对摘要进行私钥签名，而我们也知道RSA算法中，使用私钥签名之后，只有公钥才能进行验签。
> 2.  如果我们使用的是购买的证书，那么很有可能，颁发这个证书的CA机构的公钥已经预置在操作系统中。这样浏览器就可以使用CA机构的公钥对服务器的证书进行验签。确定这个证书是不是由正规的CA机构颁发的。验签之后得到CA机构使用sha256得到的证书摘要，然后客户端再使用sha256对证书内容进行一次摘要，如果得到的值和验签之后得到的摘要值相同，则表示证书没有被修改过。
> 3.  如果验证通过，就会显示上面的安全字样，如果服务器购买的证书是更高级的EV类型，就会显示出购买证书的时候提供的企业名称。如果没有验证通过，就会显示不安全的提示。

*  生成随机数

> 验证通过之后，客户端会生成一个随机数pre-master secret，然后使用证书中的公钥进行加密，然后传递给服务器端

**PreMaster secret**

> PreMaster Secret是在客户端使用RSA或者Diffie-Hellman等加密算法生成的。它将用来跟服务端和客户端在Hello阶段产生的随机数结合在一起生成 Master Secret。在客户端使用服务端的公钥对PreMaster Secret进行加密之后传送给服务端，服务端将使用私钥进行解密得到PreMaster secret。也就是说服务端和客户端都有一份相同的PreMaster secret和随机数。  
> PreMaster secret前两个字节是TLS的版本号，这是一个比较重要的用来核对握手数据的版本号，因为在Client Hello阶段，客户端会发送一份加密套件列表和当前支持的SSL/TLS的版本号给服务端，而且是使用明文传送的，如果握手的数据包被破解之后，攻击者很有可能串改数据包，选择一个安全性较低的加密套件和版本给服务端，从而对数据进行破解。所以，服务端需要对密文中解密出来对的PreMaster版本号跟之前Client Hello阶段的版本号进行对比，如果版本号变低，则说明被串改，则立即停止发送任何消息。  
> [pre-master secret ][pre-master secret]

1.  服务器收到使用公钥加密的内容，在服务器端使用私钥解密之后获得随机数pre-master secret，然后根据radom1、radom2、pre-master secret通过一定的算法得出session Key和MAC算法秘钥，作为后面交互过程中使用对称秘钥。同时客户端也会使用radom1、radom2、pre-master secret，和同样的算法生成session Key和MAC算法的秘钥。

> 生成session Key的过程中会用到PRF(Pseudorandom Function伪随机方法)来生成一个key\_block,然后再使用key\_block,生成后面使用的秘钥。  
> key\_block = PRF(SecurityParameters.master\_secret,"key expansion",SecurityParameters.server\_random +SecurityParameters.client\_random);  
> PRF是在规范中约定的伪随机函数

> 在信息交互过程中用到的秘钥有6个分别是。客户端和服务器端分别使用相同的算法生成。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>秘钥名称</th> 
   <th>秘钥作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>client_write_MAC_key[SecurityParameters.mac_key_length]</td> 
   <td>客户端发送数据使用的摘要MAC算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>server_write_MAC_key[SecurityParameters.mac_key_length]</td> 
   <td>服务端发送数据使用摘要MAC算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>client_write_key[SecurityParameters.enc_key_length]</td> 
   <td>客户端数据加密，服务端解密</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>server_write_key[SecurityParameters.enc_key_length]</td> 
   <td>服务端加密，客户端解密</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>client_write_IV[SecurityParameters.fixed_iv_length]</td> 
   <td>初始化向量，运用于分组对称加密</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>server_write_IV[SecurityParameters.fixed_iv_length]</td> 
   <td>初始化向量，运用于分组对称加密</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.  然后再后续的交互中就使用session Key和MAC算法的秘钥对传输的内容进行加密和解密。

> 具体的步骤是先使用MAC秘钥对内容进行摘要，然后把摘要放在内容的后面使用sessionKey再进行加密。对于客户端发送的数据，服务器端收到之后，需要先使用client\_write\_key进行解密，然后使用client\_write\_MAC\_key对数据完整性进行验证。服务器端发送的数据，客户端会使用server\_write\_key和server\_write\_MAC\_key进行相同的操作。

作者：熙熙爸爸  
链接：https://www.jianshu.com/p/b0b6b88fe9fe  
来源：简书  
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[Image 1]: 
[Link 1]: https://blog.csdn.net/woshiaotian/article/details/46990899
[Link 2]: https://link.jianshu.com?t=http://www.chinaz.com/web/2017/0105/639110.shtml
[pre-master secret]: https://link.jianshu.com?t=http://www.linuxidc.com/Linux/2016-05/131147.htm