Https流程和原理

一、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密钥解密。

二、加密和解密

https的发展和密码学的发展是分不开的。大家应该知道假面方式可以大体分为对称加密和非对称加密

1、对称加密

非对称加密有一个密钥对，即公钥和私钥。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才可以解开。

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密钥的传递，然后使用对称密钥进行数据的加密和解密。

三、https证书的申请流程

• 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）。

可以使用命名在服务器上生成；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文件汇总，并同时生成私钥。

• 把CSR文件和其他可能的证件上传到CA认证机构，CA机构收到证书申请后，使用证书中的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。

• 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
• 申请者收到证书之后部署到自己的web服务器中。

四、客户端（浏览器）和服务端交互流程

• client Hello，客户端（通常是浏览器）先向服务器发送加密通信的请求

（1）支持的版本协议，如TLS 1.0版本

（2）一个客户端生成的随机数random1，稍后用于生成“对话密钥”

（3）支持的加密方式，比如RSA公钥加密

（4）支持的压缩方法

• 服务器端收到请求，然后响应（server Hello）

（1）确定使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器和服务器的版本不一致，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

• 客户端收到证书之后会首先验证证书

验证流程：

（1）我们知道CA机构在签发证书时，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SHA256 RSA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证签名。

（2）如果我们使用的是购买的证书，那么很有可能，颁发该证书的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证签名。确定这个证书是不是由正规的CA机构办法的。

验证签名后得到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，如果得到的值和验证签名之后得到的是相同摘要，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时更高级的EV类型，就会显示出购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进行加密后发送给服务端，服务器端将使用私钥解密解密得到PreMaster secret。也就是说服务器端和客户端都有一份相同的Premaster Secret和随机数。

PreMaster Secret前两个字段是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，如果握手的数据被破解之后，攻击者很有可能改数据表，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，则说明被篡改，则立即停止发送任何信息。

• 服务端收到使用公钥加密的内容，在服务器端使用私钥解密后获得随机数pre-master secret，然后根据random1，random2，pre-master secret通过一定的算法得到session key和MAC算法密钥，作为后面交互过程中使用对称密钥。同时客户端也会使用random1，random2，pre-master secret，利用同样的算法生成session key和MAC算法的密钥。

生成session key的过程中hi用到PRF（Pseudorandom Funtion伪随机方法）来生成一个key_block，然后在使用key_block生成后面使用的密钥。

在信息交互过程中用到的密钥有6个分别是：客户端分别使用相同的算法生成：

（1）client_write_MAC_key：客户端发送淑女使用摘要MAC算法；

（2）server_write_MAC_key：服务端发送淑女使用摘要MAC算法；

（3）client_write_key：客户端数据加密，服务端解密；

（4）server_write_key：服务端加密，客户端解密；

（5）client_write_IV：初始化向量，运用于分组对称加密；

（6）server_write_IV：初始化向量，运用于分组对称加密。

• 然后再后续的交互中就使用session key和MAC算法的私钥对传输的内容进行加密和解密

具体的步骤先使用MAC密钥对内容进行摘要，然后把摘要放在内容的后面使用session key再进行加密。对于客户端发送的数据，服务端收到后，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。

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