HTTPS 协议
概念
超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，简称：HTTPS） 是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS 经由 HTTP 进行通信，利用 TLS/SSL 来加密数据包。
HTTPS 的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。
HTTP 与 HTTPS 的对比
- HTTP 协议采用明文传输信息，存在信息窃听、信息篡改和信息劫持的风险
- TLS/SSL 具有身份验证、信息加密和完整性校验的功能，可以避免此类问题发生
- 安全层的主要职责，就是对发起的 HTTP 请求的数据进行加密操作和对接收到的 HTTP 的内容进行解密操作
TLS/SSL 的工作原理
TLS/SSL 简介
TLS/SSL 全称安全传输层协议（Transport Layer Security）, 是介于 TCP 和 HTTP 之间的一层安全协议，不影响原有的 TCP 协议和 HTTP 协议。其中 TLS 是 SSL 的继任者，是介于 TCP 和 HTTP 之间的一层安全协议。
核心算法
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密钥对数据加密
- 非对称加密实现身份认证和密钥协商
散列函数
常见的散列函数有 MD5、SHA1、SHA256。
特点：单向不可逆，对输入数据非常敏感，输出的长度固定，任何数据的修改都会改变散列函数的结果，可以用于防止信息篡改并验证数据的完整性。
缺点：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。
对称加密
常见的对称加密算法有 AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM 等。
对称加密的方法是，双方使用同一个密钥对数据进行加密和解密。
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，密钥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。
缺点：不能保证密钥传输的安全性。因为密钥还是会通过网络传输的，一旦密钥被其他人获取到，那么整个加密过程就毫无作用了。这就要用到非对称加密的方法。
非对称加密
常见的非对称加密算法有 RSA、ECC、DH 等。
非对称加密的方法是，我们拥有两个密钥，一个公钥一个私钥，公钥是公开的，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。我们可以将公钥公布出去，任何想和我们通信的客户，都可以使用我们提供的公钥对数据进行加密，这样我们就可以使用私钥进行解密，这样就能保证数据的安全了。
密钥成对出现，一般称为公钥（公开）和私钥（保密）。公钥加密的信息只有私钥可以解开，私钥加密的信息只能公钥解开，因此掌握公钥的不同客户端之间不能相互解密信息，只能和服务器进行加密通信，服务器可以实现一对多的的通信，客户端也可以用来验证掌握私钥的服务器的身份。
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。
缺点：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，因此如果每次通信都使用非对称加密的方式的话，反而会造成等待时间过长的问题。
TLS/SSL 工作方式
综合上述算法特点，TLS/SSL 的工作方式就是：
- 客户端使用非对称加密与服务器进行通信实现身份的验证
- 协商对称加密使用的对称密钥
- 双方使用协商好的对称密钥对实际传输的数据进行加密
- 同时利用散列函数保证数据的完整性
对称加密算法采用协商密钥对信息以及信息摘要进行加密通信，不同节点之间采用的对称密钥不同，从而保证信息只能通信双方获取，这样就解决了算法各自存在的问题：
- 非对称加密，只用在握手阶段，数据量小，安全地完成密钥交换，解决了它慢、不适合大量数据、不适用于每次通信的问题。
- 对称加密，借助非对称加密的“公钥加密”特性，把对称密钥安全地传过去，解决了它不能安全传输密钥的问题，保证了传输效率。
- 散列函数，通过非对称加密和对称加密，解决了它明文容易被篡改的问题，确保了数据的真实性和完整性。
HTTPS 通信（握手）过程
- 客户端向服务器发起请求，请求中包含使用的协议版本号、生成的一个随机数、以及客户端支持的加密方法。
- 服务器端接收到请求后，确认双方使用的加密方法，并给出服务器的证书以及生成的一个随机数。
- 客户端确认服务器证书有效后，生成一个新的随机数并使用数字证书中的公钥加密这个随机数，并且还会提供一个前面所有内容的 hash 的值用来供服务器检验。
- 服务器使用自己的私钥，来解密客户端发送过来的随机数。
- 客户端和服务器端根据约定的加密方法，使用前面的三个随机数生成对话密钥，以后的对话过程都使用这个密钥来加密信息。
HTTPS 的特点
优点
- 使用 HTTPS 协议可以认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户端和服务器。
- 使用 HTTPS 协议可以进行加密传输、身份认证，通信更加安全，防止数据在传输过程中被窃取、修改，确保数据安全性。
- HTTPS 是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对的安全，但是大幅增加了中间人攻击的成本。
缺点
- HTTPS 需要做服务器和客户端双方的加密和解密处理，耗费更多服务器资源，过程复杂。
- HTTPS 协议握手阶段比较费时，增加页面的加载时间。
- SSL 证书是收费的，功能越强大的证书费用越高。
- HTTPS 连接服务器端资源占用高很多，访客稍多的网站需要投入更大的成本。
HTTPS 是如何保证安全的？
核心加密技术
HTTPS 的安全性依靠以下两个概念：
对称加密
即通信的双方都使用同一个密钥进行加解密。
对称加密虽然很简单性能也好，但是无法解决首次把密钥发给对方的问题，很容易被黑客拦截密钥。
非对称加密
- 私钥 + 公钥 = 密钥对
- 即用私钥加密的数据，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
- 因为通信双方的手里都有一套自己的密钥对，通信之前双方会先把自己的公钥都先发给对方
- 然后对方再拿着这个公钥来加密数据响应给对方，等到了对方那里，对方再用自己的私钥进行解密
非对称加密虽然安全性更高，但是带来的问题就是速度很慢，影响性能。
解决方案
结合两种加密方式，HTTPS 将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。
此时又带来一个问题——中间人问题。如果此时在客户端和服务器之间存在一个中间人，这个中间人只需要把原本双方通信互发的公钥，换成自己的公钥，这样中间人就可以轻松解密通信双方所发送的所有数据。所以这个时候需要一个安全的第三方颁发证书（CA），证明双方的身份，防止被中间人攻击。证书中包括签发者、证书用途、使用者公钥、使用者的 Hash 算法、证书到期时间等。CA 给服务器发一个数字证书，里面写着这个服务器是谁、它的公钥是什么、证书有效期等；客户端收到证书后，就知道这个公钥真的是目标服务器的，而不是中间人的。
但是问题又来了，如果中间人篡改了证书（比如换了公钥），那么身份证明就无效了。这个时候需要一个新的技术——数字签名。数字签名就是用 CA 自带的 Hash 算法对证书的内容进行 Hash 得到一个摘要，再用 CA 的私钥加密，最终组成数字签名。客户端拿到证书后，用同样的算法算一遍证书内容，得到一个新摘要，用 CA 的公钥解密签名，得到原始摘要，对比两个摘要就知道中间有没有被人篡改了。这个时候就能最大程度保证通信的安全了。
数字证书是什么？
数字证书的作用
现在的方法也不一定是安全的，因为没有办法确定得到的公钥就一定是安全的公钥。可能存在一个中间人，截取了对方发给我们的公钥，然后将他自己的公钥发送给我们，当我们使用他的公钥加密后发送的信息，就可以被他用自己的私钥解密。然后他伪装成我们以同样的方法向对方发送信息，这样我们的信息就被窃取了，然而自己还不知道。为了解决这样的问题，可以使用数字证书。
数字证书的制作过程
- 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 CA 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。
这个方法最要的是认证中心的可靠性，一般浏览器里会内置一些顶层的认证中心的证书，相当于我们自动信任了他们，只有这样才能保证数据的安全。
HTTPS 作为现代网络通信的安全标准，通过结合 TLS/SSL 协议，有效解决了 HTTP 明文传输的安全隐患。它利用对称加密和非对称加密的结合，既保证了数据传输的安全性，又兼顾了传输效率。
核心要点包括：
- 安全机制：通过握手过程建立安全连接，使用数字证书和数字签名确保身份认证和数据完整性
- 技术原理：融合散列函数、对称加密和非对称加密的优势，形成完整的安全体系
- 实际应用：虽然增加了服务器负担和成本，但为用户提供了更安全的浏览体验，已成为现代网站的标配
