前端需要知道的计算机网络知识----HTTPS

以和为贵_大杀四方
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一、简介

HTTPS （全称：Hypertext Transfer Protocol Secure ），是以安全为目标的 HTTP 通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证)保证了传输过程的安全性 。

HTTPS 在HTTP 的基础下加入SSL，HTTPS 的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL。 HTTPS 存在不同于 HTTP 的默认端口及一个加密/身份验证层（在 HTTP与 TCP之间）。这个系统提供了身份验证与加密通讯方法。

HTTPS 协议是由 HTTP 加上 TLS/SSL 协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，主要通[数字证书、加密算法、非对称密钥等技术完成互联网数据传输加密，实现互联网传输安全保护

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1.1 SSL/TLS

大家可以看下阮一峰的文章图解SSL/TLS协议

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。

它是为了解决以下问题而设计的：

  1. 所有信息都是加密传播，第三方无法窃听。
  2. 具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现。
  3. 配备身份证书，防止身份被冒充。

TLS/SSL的功能实现主要依赖三类基本算法：散列函数hash、对称加密、非对称加密。这三类算法的作用如下：

  • 基于散列函数验证信息的完整性
  • 对称加密算法采用协商的秘钥对数据加密
  • 非对称加密实现身份认证和秘钥协商

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1.1.1 散列函数Hash

将任意长度的信息转换为较短的固定长度的值，通常其长度要比信息小得多，且算法不可逆。

例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等

特点： 在信息传输过程中，散列函数不能单独实现信息防篡改，由于传输是明文传输，中间人可以修改信息后重新计算信息的摘要，所以需要对传输的信息和信息摘要进行加密。

1.1.2 对称加密

有流式、分组两种，加密和解密都是使用的同一个密钥。

例如：DES、DES、3DES、AES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6 , AES-GCM、ChaCha20-Poly1305等。相同的秘钥可以用于信息的加密和解密。掌握秘钥才能获取信息，防止信息窃听，其通讯方式是一对一。

优点： 性能高

缺点: 密钥泄露风险高，因为大家共享一个密钥，假如一方泄露这个密码，就没有安全可言。

特点： 对称加密的优势就是信息传输使用一对一，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和N个客户端通信，需要维持N个密码记录且不能修改密码。

1.1.3 非对称加密

加密使用的密钥和解密使用的密钥是不相同的，分别称为：公钥、私钥，公钥和算法都是公开的，私钥是保密的。用私钥加密的数据，只有对应的公钥才能解密，用公钥加密的数据，只有对应的私钥才能解密。

非对称加密算法性能较低，但是安全性超强，由于其加密特性，非对称加密算法能加密的数据长度也是有限的。

例如： RSA、DSA、ECDSA、 DH、ECDHE

优点： 知道了公钥，也无法计算出来私钥

缺点： 计算量大，需要消耗大量的系统资源，性能低。

特点： 非对称加密的特点就是信息一对多，服务器只需要维持一个私钥就可以和多个客户端进行通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密的速度慢。

1.2 CA证书

上述我们介绍了SSL/TLS在HTTP中的就角色，我们知道通过非对称加密与服务端通信，那么我们想一下，服务端与客户端需要使用同一个公钥，那么这个公钥是怎么传递给客户端的呢？

如果服务端直接向客户端发送公钥，那么公钥有可能被中间人调包。

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上述问题的而解决是依靠数字签名和数字证书。

1.2.1 CA

CA（Certificate Authority）是客户端与服务器都可信赖的第三方权威机构，负责发放和管理数字证书，承担公钥的合法性检验的责任。

数字证书由CA的数字签名和服务器的公钥组成 派发给客户端的数字证书 会被CA的私钥加密，只有CA的公钥才能解密。

首先使用一种 Hash 算法来对公钥和其他信息进行加密，生成一个信息摘要，然后让有公信力的认证中心（简称 CA ）用它的私钥对消息摘要加密，形成签名。最后将原始的信息和签名合在一起，称为数字证书。当接收方收到数字证书的时候，先根据原始信息使用同样的 Hash 算法生成一个摘要，然后使用公证处的公钥来对数字证书中的摘要进行解密，最后将解密的摘要和生成的摘要进行对比，就能发现得到的信息是否被更改了。

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1.3 TLS/SSL 握手过程

握手过程涉及4次通信，通信都是明文的。

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  1. ClientHello消息 ：客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。主要提供如下消息

    1. 支持的协议版本，例如：TLS 1.0 版，TLS1.3版
    2. 客户端生存的随机数，稍后用于生成对话密钥
    3. 支持的加密算法，例如：RSA公钥
    4. 支持的压缩算法

  2. SeverHello消息:服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容:

    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，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。

  3. 客户端回应:首先要验证证书的合法性，验证通过后，向服务端发送消息

    1. 证书合法性：

      1. 检查数字签名
      2. 验证证书链
      3. 检查证书有效期，证书是否在有效时间范围
      4. 检查证书撤回状态(撤回的证书证明无效)

    2. 向服务端发送消息

      1. 一个随机数Pre-master。该随机数用服务器公钥加密（只有对应的私钥才能解密），防止被窃听。
      2. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
      3. 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。

  4. 服务器的最后回应：服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"

    1. 服务器用私钥解密加密的 Pre-master 数据，基于之前交换的两个明文随机数 random_C 和 random_S，计算得到协商密钥：enc_key = Function(random_C, random_S, Pre-Master);
    2. 计算之前接收的hash值，然后解密客户端发送的数据，验证数据和密钥正确性
    3. 验证正确后，编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
    4. 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。

二、HTTPS与HTTP的区别

区别HTTPHTTPS
安全性HTTP 明文传输，数据都是未加密的，安全性较差HTTPS（SSL+HTTP） 数据传输过程是加密的，安全性较好
端口号默认80默认443
URLhttp://https://
用途主要用于信息共享等网站，如博客等用于保护性要求较高的网站，
数据保护HTTP在传输前，数据未加以保护，因此传输过程中易收到攻击HTTPS在数据传输前对数据加以保护，接收者则需要恢复源数据，传输过程中的保护性较高
协议TCP/IPHTTPS是基于HTTP的，但额外添加了TLS/SSL连接加密
CA证书不需要需要， CA申请证，，一般免费证书较少，因而需要一定费用。证书颁发机构如：Symantec、Comodo、GoDaddy 和 GlobalSign 等
搜索排名无关有易于搜索排名
响应速度快， HTTP 使用 TCP 三次握手建立连接，客户端和服务器需要交换 3 个包较慢与HTTP，HTTPS除了 TCP 的三个包，还要加上 ssl 握手需要的 9 个包，所以一共是 12 个包
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