一、算法

1、对称加密算法

用途：信息加密。

AES：Advanced Encryption Standard
DES：Data Encryption Standard

2、非对称加密算法

用途：信息加密、数字签名。

RSA：常用非对称加密算法。基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥，即公钥，而两个大素数组合成私钥。公钥是可发布的供任何人使用，私钥则为自己所有，供解密之用。
ECC：Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学。
DH：Diffie-Hellman。
DSA：Digital Signature Algorithm，数字签名算法，和 RSA 不同的是 DSA 仅能用于数字签名，不能进行数据加密解密，其安全性和RSA相当，但其性能要比RSA快。
ECDSA：Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，椭圆曲线签名算法，是ECC和 DSA 的结合。

3、哈希算法

用途：生成摘要，防止信息篡改。

SHA1/SHA128/SHA256/SHA384：Secure Hash Algorithm。
MD5：Message Digest Algorithm 5。

二、HTTP->HTTPS

1、HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）采用明文传输信息，存在信息窃听、信息篡改和信息劫持的风险。

2、HTTPS

HTTPS (Secure Hypertext Transfer Protocol）安全超文本传输协议，是一个安全通信通道，它基于HTTP开发，用于在客户计算机和服务器之间交换信息。它使用安全套接字层（SSL）进行信息交换，简单来说它是HTTP的安全版，是使用TLS/SSL加密的HTTP协议。

HTTPS=HTTP+TLS

HTTP与HTTPS的区别

HTTPS加密传输；HTTP明文传输
HTTPS需要证书
HTTPS对搜索引擎更友好，利于SEO
标准端口不一样，HTTPS443；HTTP80

3、如何做到安全传输

方案一：对称加密

通信双方通过约定的对称加密方式，对通信数据加密后传输。对称加密的问题：密钥需要在网络中传输，如果首次密钥泄露给中间人，后续加密传输名存实亡。

方案二：非对称加密

非对称加密部分解决了对称加密的问题，只将公钥在网络中传输，私钥只有服务端持有，保证Client给Server的数据不会被泄露。但是Server给Client的报文仍然会泄露，因为公钥是在网络中传输的。

此外，中间人如果截获服务器公钥，可以将自己伪装成Server参与双方通信。也就是说，Client与Server的报文都会泄露，并且会被篡改。

方案三：SSL/TLS

使用非对称加密，要防止中间人伪造公钥。Server将数字证书传递给Client，在证书中存放服务器公钥。此外证书上需要有数字签名，保证这个证书信息是没有篡改过的。证书需要权威CA机构颁发，根证书是Client操作系统内置的。
如果所有数据传输都使用非对称加密，效率低，所以使用对称加密。这个密钥称为会话密钥。
会话密钥不能泄露，也就是说不能在网络中直接传输会话密钥。不直接传输密钥，协商出会话密钥的过程，称为密钥协商。
可以简单认为：通过密钥协商得到会话密钥，会话密钥用于后续报文加密传输。而密钥协商，需要用到证书中的服务器公钥，加密密钥协商过程中的报文。

三、概念

SSL：Secure Socket Layer，安全套接字层。位于可靠的面向连接的网络层协议（TCP）和应用层协议（HTTP）之间的一种协议层。SSL通过互相认证、使用数字签名确保完整性、使用加密确保私密性，以实现客户端和服务器之间的安全通讯。
TLS：Transport Layer Security，传输层安全协议。是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）制定的一种新的协议，它建立在SSL 3.0协议规范之上，是SSL 3.0的后续版本。TLS的主要目标是使SSL更安全，并使协议的规范更精确和完善。

CA：证书颁发机构（Certificate Authority）即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。
数字证书：数字证书由CA机构颁发，证书上的内容包括：颁发证书的上级CA机构、Server端的公钥、数字签名、证书主体信息（主体地址、常用名称（往往是域名））、有效期等。
证书链：证书与证书关联形成证书链。最顶层的证书称为根证书是可信的，为下级证书生成数字签名，下级再为下下级生成数字签名。客户端验证服务器证书，需要将证书链都验证通过，服务器证书才是可信的。根证书是内置在客户端操作系统中的，根证书是自签证书（由于没人能验证根证书的合法性，只能自己给自己签名）。

数字签名（指纹）：为保证服务器传输给客户端的数字证书没有经过篡改，需要使用数字签名。
- 数字签名使用算法：哈希算法+非对称加密算法
  - 哈希算法：SHA
  - 非对称加密算法：RSA、ECDSA
- 生成签名：对证书信息做哈希运算（如SHA）生成摘要，上级CA机构使用自己的私钥进行非对称加密（如RSA）。
- 验证签名：对证书信息做哈希运算生成摘要A，使用Server证书的上级证书上的公钥，对Server证书上的签名解密得到摘要B。如果A等于B则验证通过。（上级证书需要先验证通过，否则使用上级证书的公钥解密是不可信的）。
密钥协商：通过client_random、server_random、pre_master_key计算得到master_key（会话密钥）的过程。其中pre_master_key基于非对称加密算法。
- RSA：client生成随机数作为pre_master_key，通过server端证书上的公钥加密传输给server端，server端使用证书公钥对应私钥解密得到pre_master_key。
- ECDHE（ECC+DH）：ECC椭圆曲线算法（EC）与DH算法结合，最后一个E代表着「短暂的」，是指交换的密钥是暂时的动态的，而不是固定的静态的。client和server需要相互传递自己的一个DH参数，然后双方通过两个DH参数计算得到pre_master_key。
OpenSSL：SSL的一个开源实现。
X.509：一种证书标准,主要定义了证书中应该包含哪些内容。
证书编码格式：X.509证书,可能有不同的编码格式,目前有以下两种编码格式。
- PEM：Privacy Enhanced Mail，以"-----BEGIN..."开头，以"-----END..."结尾，内容是BASE64编码。
- DER：Distinguished Encoding Rules，二进制格式，不可读。
文件扩展名：
- .pem：表示这是PEM格式的文件，可能是私钥也可能是证书。
- .der：同.pem，表示文件格式。
- .crt：certificate，表明这是个证书，格式可能是pem也可能是der。
- .cer：certificate，表明这是个证书，格式可能是pem也可能是der。
- .key：密钥，表明这是个公钥或私钥，格式可能是pem也可能是der。
- .csr：Certificate Signing Request，证书签名请求，是向权威证书颁发机构获得签名证书的申请，其核心内容是Server公钥、域名等主体信息。
- .p12：将证书与私钥合并存放的一个文件，生成和取出证书、私钥都需要输入密码。
前向安全：前向安全性或前向保密性，有时也被称为完美前向安全，是密码学中通讯协议的安全属性，指的是长期使用的主密钥泄漏不会导致过去的会话密钥泄漏。

四、TLS1.2握手

TLS的目标：身份认证，协商会话密钥用于后续的数据加密。

TLS/SSL的功能实现主要依赖于三类基本算法：

非对称加密：实现身份认证和密钥协商
对称加密：采用协商的密钥，对数据（Application Data）加密
哈希：验证数据完整性（没有篡改）

TLS/SSL握手根据密钥协商算法不同，流程稍有不同，针对TLS1.2，总体分为以下几个阶段：

确定握手使用加密套件：ClientHello、ServerHello
Client验证Server端身份：Certificates
密钥协商：Client/Server Key Exchange、计算会话密钥
确认会话密钥：Change Cipher Spec、Encrypted Handshake Message

使用RSA密钥交换算法的流程图如下：

使用ECDHE密钥交换算法的流程图如下：

简单来说，TLS/SSL（1.2）握手如下面流程所示：

1、Client Hello

ClientHello的目的是告知Server端，Client支持的加密算法套件和签名算法。此外如果要继续上次会话，会带上SessionID，减少重复握手造成的性能损耗。

Random：客户端随机数（client_random）。
Cipher Suites：告诉服务端，客户端支持的所有加密套件。
Extension signature_algorithms：告诉服务端，客户端支持的签名算法。

2、Server Hello

ServerHello的目的是告知Client本次握手使用的加密算法套件。

Random：服务端随机数（server_random）。
Cipher Suite：告诉客户端，本次TLS握手使用的加密算法套件。
Extension ec_point_formats：如果使用ECDHE密钥协商协议，这里提供椭圆曲线相关信息。

加密套件格式：密钥协商算法 + 数字签名非对称加密算法 + 会话密钥对称加密算法 + 摘要哈希算法

例如： TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384

ECDHE：密钥协商算法。
RSA：数字签名使用的非对称加密算法。
AES_256_GCM：会话密钥使用的对称加密算法。
SHA384：哈希算法。

3、Certificates

Server将证书发送给Client，包含Server证书和签发Server证书的机构的证书（证书链）。

服务器证书包含：

主体信息：域名等信息。浏览器会校验。
服务器公钥：Server向ca机构发起证书申请时，提供自己生成的公钥（RSA）。这个公钥会存放在证书中。
数字签名：证书发给Client后，Client要验证这个数字签名。签名和验签见上面的第三部分。

4、Server Key Exchange

ServerKeyExchange的目的是携带密钥交换的额外数据，报文内容对于不同的协商算法套件都会存在差异。

在某些场景中，服务器不需要发送任何内容，这意味着在这些场景中根本不会发送ServerKeyExchange消息。

对于使用DHE/ECDHE非对称密钥协商算法的SSL握手，将发送该类型报文。
RSA算法不会继续该握手流程。

ECDHE密钥交换

发送EC Diffie-Hellman Server Params给客户端。

经过椭圆曲线计算（EC），得到密钥协商（DH）的服务端（Server）参数（Params），将这个参数发送给客户端。

Pubkey：DH服务端参数。
Signature Algorithm: 签名算法选择rsa_pkcs1_sha256，这是从Client Hello报文中选择客户端支持的签名算法其中之一。
Signature：签名。对Pubkey使用sha256做哈希，然后使用rsa加密。需要Client验证Pubkey是否被篡改（哈希），报文的发送方是否是Server（非对称加密）。Client使用Server证书上的rsa公钥解密得到A，对Pubkey做hash256得到B，验证A等于B。（验签方式与证书验签是一样的）

5、Server Hello Done

ServerHelloDone消息表明服务器已经将所有预计的握手消息发送完毕。在此之后，服务器会等待客户端发送消息。

6、Client Key Exchange

ECDHE密钥交换

发送EC Diffie-Hellman Client Params给服务端。

经过椭圆曲线计算（EC），得到密钥协商（DH）的客户端（Client）参数（Params），将这个参数发送给服务端。

Pubkey：DH客户端参数。

RSA密钥交换

客户端生成随机数（pre_master_key），使用服务端证书上的公钥加密，发送给服务端。

7、双方计算会话密钥

Hello阶段得到client_random和server_random（明文传输）。
KeyExchange阶段得到其他必要参数（密文传输），计算得到pre_master_key（预主密钥）。
- ECDHE：利用客户端DH参数和服务端DH参数，进行椭圆曲线相关计算。计算逻辑参考：xz.aliyun.com/t/2526。
- RSA：对于client，pre_master_key是自己生成的；对于server，需要将Client Key Exchange阶段client密文传输给自己的报文，通过自己的私钥解密得到pre_master_key。
计算master_key=func（client_random，server_random，pre_master_key）。
这个master_key即为后续对称加密使用的会话密钥。

8、Change Cipher Spec

Client和Server如果计算好了master_key（会话密钥），双方都会发出这个报文，表示后续的报文用master_key进行对称加密，对称加密算法使用ServerHello约定的加密套件中的算法。

9、Encrypted Handshake Message

Client和Server发送完Change Cipher Spec报文后，最后都会发出Encrypted Handshake Message报文。这个报文对握手过程中的数据做哈希运算后，使用会话密钥加密。双方收到对方的Encrypted Handshake Message报文后验证无误，进入正式的数据传输过程，后续都会使用会话密钥对称加密数据传输。

五、会话恢复

1、基于Session ID

每次会话都有一个编号Session ID。如果对话中断，下次重连的时候，只要客户端给出这个编号，而且服务器有这个编号的记录，双方就可以重新使用已有的会话密钥进行加密通信，而不必重新生成。

缺点：SessionID只存在于一台服务器上，如果客户端请求到另一台服务器，就无法恢复会话。

2、基于Session Ticket

服务端首次会话时，会密文传给客户端一个Session Ticket。这个Session Ticket包含会话密钥，只有服务端能解密。每个服务器都能够解密Session Ticket得到会话密钥。

六、TLS1.3握手

TLS1.2需要两次往返（2-RTT）才能完成握手，而TLS1.3只需要一次往返（1-RTT）就可以完成握手。TLS1.3不再支持RSA密钥交换，可以使用前向安全的ECDHE密钥交换。

TLS1.3的最大变化是取消了KeyExchange消息，这些信息被包含在Hello消息的Extension中。

1、Client Hello

2、Server Hello

七、OpenSSL

1、非对称加密

原文

echo '123' > msg.txt

生成RSA私钥

openssl genrsa -out private.key 2048

生成RSA公钥

openssl rsa -pubout -in private.key -out public.key

公钥加密

openssl rsautl -encrypt -inkey public.key -pubin -in msg.txt -out enc.msg.txt

私钥解密

openssl rsautl -decrypt -inkey private.key -in enc.msg.txt -out dec.msg.txt

2、签名

未签名文本

echo '......' > content.txt

生成RSA私钥

私钥用于制作签名

openssl genrsa -out private.key 2048

生成RSA公钥

公钥用于验证签名

openssl rsa -pubout -in private.key -out public.key

用私钥制作签名

openssl dgst -sign private.key -sha256 -out sign.content.txt content.txt

用公钥验证签名

openssl dgst -verify public.key -sha256 -signature sign.content.txt content.txt

3、证书

3-1、CA证书

模拟一个CA机构的证书，用于后续签发服务器证书。

生成CA私钥

openssl genrsa -out ca.private.key 2048

创建CA自签证书

openssl req -new -x509 -key ca.private.key -out ca.crt -days 365 -subj /C=CN/ST=Shanghai/L=Shanghai/O=ca/OU=ca/CN=www.ca.com

x509 证书标准
key ca私钥
out 输出为ca证书
days 证书有效时长
subj 主体信息
- C/ST/L：国家城市
- O/OU：机构
- CN：CommonName，通用名称
CN 域名

3-2、服务器申请证书

生成私钥

openssl genrsa -out server.private.key 2048

向ca申请请证书Certificate Signing Request

openssl req -new -key server.private.key -out server.csr -days 365 -subj /C=CN/ST=Shanghai/L=Shanghai/O=xx/OU=xx/CN=localhost

key 服务器私钥
subj 主体信息
- CN 域名
out 输出为CertificateSigningRequest，发送给CA

3-3、CA为服务器颁发证书

openssl x509 -req -days 365 -CA ca.crt -CAkey ca.private.key -CAcreateserial -in server.csr -out server.crt

CA 指定ca证书
CAkey 指定ca私钥
CAcreateserial 生成ca序列号
in 输入为服务器的Certificate Signing Request文件
out 输出为服务器的证书

查看证书

openssl x509 -in server.crt -noout -text

3-4、证书的格式

pem：base64编码，以...END结尾（默认格式）
der：二进制格式，不可读

pem格式转换为der格式：

openssl x509 -in server.crt -outform der -out server.der.crt

查看der格式证书

openssl x509 -in server.der.crt -noout -text -inform der

3-5、p12证书文件

使用证书和私钥合成p12文件，需要输入密码。后续导出证书和私钥需要再次输入。

$ openssl pkcs12 -export -clcerts -in server.crt -inkey server.private.key -out server.p12
Enter Export Password:123456
Verifying - Enter Export Password:123456

p12导出证书

openssl pkcs12 -clcerts -nokeys -out server.bak.crt -in server.p12

p12导出私钥

openssl pkcs12 -nocerts -nodes -out server.bak.private.key -in server.p12

八、Nginx配置证书

server {
	listen	443 ssl;
	server_name localhost;
	
	ssl_certificate conf.d/local/server.crt;
	ssl_certificate_key conf.d/local/server.private.key;

	location / {
		root html;
		index index.html;
	}
}

HTTPS知识点梳理

一、算法

1、对称加密算法

2、非对称加密算法

3、哈希算法

二、HTTP->HTTPS

1、HTTP

2、HTTPS

HTTP与HTTPS的区别

3、如何做到安全传输

方案一：对称加密

方案二：非对称加密

方案三：SSL/TLS

三、概念

四、TLS1.2握手

1、Client Hello

2、Server Hello

3、Certificates

4、Server Key Exchange

ECDHE密钥交换

5、Server Hello Done

6、Client Key Exchange

ECDHE密钥交换

RSA密钥交换

7、双方计算会话密钥

8、Change Cipher Spec

9、Encrypted Handshake Message

五、会话恢复

1、基于Session ID

2、基于Session Ticket

六、TLS1.3握手

1、Client Hello

2、Server Hello

七、OpenSSL

1、非对称加密

生成RSA私钥

生成RSA公钥

公钥加密

私钥解密

2、签名

生成RSA私钥

生成RSA公钥

用私钥制作签名

用公钥验证签名

3、证书

3-1、CA证书

3-2、服务器申请证书

3-3、CA为服务器颁发证书

3-4、证书的格式

3-5、p12证书文件

八、Nginx配置证书