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前言

如果只是日常UI开发，网络接口开发对TLS是无感知的。但理解TLS工作原理对在网络安全方面做正确的技术决策非常重要，比如：

• TLS在设计上规避了哪些安全问题
• 使用HTTPS已经是安全的了，到底要不要再做一层数据加密
• C端软件在服务器HTTPS证书过期时如何应对

下面是我学习TLS连接建立过程的记录，以及对各连接环节技术原理的理解，最后通过对这些内容的理解再回答上面的几个问题。

TLS所处网络层级位置

TLS可实现网络数据的加密传输，位于应用层与TCP之间，在网络通信层级中处于下图中的位置：

也就是说在建立TLS之前，需要先依赖TCP建立可靠连接。在建立TLS连接之后，就可以通过加密的方式收发HTTP数据。那也就表明TLS保障的是传输层安全，防止“中间人”搞破坏，至于客户端与服务器两头它并不负责。

TLS提供加密传输，采取的是对称加密传输，而其设计核心便是如何用非对称加密完成对称加密密钥的生成，并在客户端，服务端各持一份，绝不会被中间人窃取。

一张图讲清楚TLS连接过程

用时序图来表达TLS连接建立过程是一种非常好的形式，在通过分析每个时序的数据细节来呈现完整的连接建立过程。下面这张图是我上一次学习TLS时画的，里面的文字表达不太好，这次做一些优化。

整个流程很好看明白，值得注意的是其中两个关键的节点。证书信任链与非对称与对称加密密钥转换时机。

证书的信任链

当客户端收到服务器发回的证书信息时，里面包含了3组信息，分别是服务器证书信息，服务器证书签发机构信息，签发机构指定的根证书机构信息。比如下面这两张证书，分别是processon.com 与 baidu.com的证书结构：

wiki 右图根证书机构名称 ：GlobalSign 是一家WebTrust认证的数字证书认证机构和SSL证书签发商，于1996年在比利时创立)。现为GMO Internet, Inc. 成员企业，在美国、中国、英国等国家或地区均设有办事处。

根证书机构通常是国家级别的机构，并由设备系统维护。而CA机构则是由根证书机构授权，所以他们信任机制在逻辑上可以这样描述：

用根证书机构的公钥校验证书签发机构的证书签名，用证书签发机构的证书签名校验证书签发机构的公钥，用证书签发机构的公钥校验服务器证书的签名，用服务器证书的签名校验服务器的公钥。

我用相同颜色标注了同名内容，不然单纯读起来真的有点儿容易眩晕。

完成了这个信任链条的校验，就确认了服务器证书的可信度，下一步客户端便可使用服务器公钥对Pre-master secret进行加密再发送给服务器，服务器再用自己的私钥解密。

这里还解决了一个常见的网络安全问题：DNS劫持。采取TLS后在DNS被劫持时，由于返回的主机名等信息与客户端请求时的不一致，就无法建立连接，客户端便不会解析返回的数据用于展示。也就是说，在没有TLS的情况下，应用层也可以规避DNS劫持，自主完成router信息校验即可。

对称加密密钥生成过程与组成

客户端随机数，服务器随机数都是对外暴露的，通过非对称加密获取的Pre-master secret 是安全的，相当于一个“盐”。这三个加一起就可以在两端算出相同的Master secret ,根据Master secret 算出相同的客户端加密密钥，服务端加密密钥这两个对称加密密钥。

值得一提的是，为什么要分别准备两对密钥，即发的时候用对方的密钥加密，对方收到后再用对应的密钥解。这是为了防止重放攻击（replay atack）,朱老师举的例子太形象了：

女孩生气时用软件给男孩发一句“分手吧”的消息，结果被黑客入侵，黑客解不开但是将数据包原样又丢了回来，这样女孩就会收到一个“分手吧”，从此感情彻底破裂。

感叹设计TLS的人们真是太厉害了，同时也不免想起三体小说中的三体人，三体人之间没有秘密，他们就根本不需要加密这种东西。

在APP开发中基于对TLS的理解有哪些应用

最后试着回答开头提到的三个问题：

• TLS在设计上规避了哪些安全问题

DNS劫持，重放攻击

• 使用HTTPS已经是安全的了，到底要不要再做一层数据加密

TLS是防止中间人攻击，如果需要防止末端设备的数据安全，那么再做一层在HTTP之上的数据加密是一个可行的办法，为了保证有效需要采用非对称加密方案，其性能开销与安全性需要平衡。

• C端软件在服务期HTTPS证书过期时如何应对

1.检测错误并上报至数据平台，及时发现用户异常。对于javax.net.ssl.SSLHandshakeException，它包括诸如下面这样的描述信息，有助于分析具体原因：

1.java.security.cert.CertificateExpiredException: certificate expired
2.java.security.cert.CertificateNotYetValidException: certificate not yet valid
3.java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found.
4.java.security.cert.CertificateException: No subject alternative names present

2.提醒用户：可以在APP界面上弹出提示框，提醒用户该服务器证书已经过期，并建议用户不要使用该APP或不要执行敏感操作，如输入个人信息或进行支付等。

4.容灾，采用备用服务器：可以使用备用服务器或备用证书，以确保APP可以继续正常工作。备用服务器应该具有有效的证书，以确保用户数据的安全性。

5.降级：可以降低APP的一些功能，如暂停在线支付或不允许用户登录等，以减少安全风险。

6.使用私有证书：但面对APP私有证书存在更新不及时或失败的风险，同样需要做好平衡

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