HTTPS原理及配置

HTTPS 基本原理

HTTPS（全称：HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer），其实 HTTPS 并不是一个新鲜协议，Google 很早就开始启用了，初衷是为了保证数据安全。 国内外的大型互联网公司很多也都已经启用了HTTPS，这也是未来互联网发展的趋势。

1. 对称加密和非对称加密

对称加密： 称加密是一种加密方式，其中使用相同的密钥进行加密和解密。这意味着发送方和接收方在通信中共享相同的密钥。对称加密算法的主要优势是速度较快，适合大量数据的加密和解密操作。常见的对称加密算法包括AES（Advanced Encryption Standard）和DES（Data Encryption Standard）。

优势：

• 速度快： 对称加密的速度通常较快，适合处理大量数据。
• 简单： 算法相对简单，实现相对容易。

劣势：

• 密钥管理： 密钥的安全分发和管理是一个挑战，特别是在分布式系统中。
• 不适合公开环境： 发送方和接收方必须事先共享密钥，不适用于公开环境或大规模网络通信。

非对称加密： 非对称加密使用一对密钥，公钥和私钥，进行加密和解密。公钥是公开的，用于加密数据，而私钥是保密的，用于解密数据。由于公钥和私钥是成对的，非对称加密也被称为公钥加密。常见的非对称加密算法包括RSA（Rivest-Shamir-Adleman）和ECC（Elliptic Curve Cryptography）。

优势：

• 密钥管理简单： 不需要事先共享密钥，减少了密钥管理的复杂性。
• 适用于公开环境： 公钥可以公开，适用于在不安全的网络上进行加密通信。

劣势：

• 速度较慢： 相对于对称加密，非对称加密的速度较慢。
• 不适合大量数据加密： 由于速度较慢，非对称加密通常用于小量数据的加密，而不是大规模数据。

结合使用： 通常，对称加密和非对称加密结合使用，利用它们各自的优势，这被称为混合加密。在混合加密中，对称加密用于加密大量数据，而非对称加密用于安全地传输对称密钥。这样可以同时保证加密的速度和密钥的安全性。

2. 加密算法（了解）

常见的加密算法可以分为以下两大类：

• 对称加密算法:
  • DES - 数据加密标准，密钥长度56位，目前已不安全
  • 3DES - 强化版的DES，增加密钥长度为168位
  • AES - 高级加密标准，密钥128/192/256位，是最常用的对称算法之一
  • Blowfish/Twofish - 64-448位可变密钥，速度快，强度高
  • RC4 - 流加密算法，密钥长度1-2048位，速度很快
  • RC5/RC6 - 块加密算法，可自定义密钥和轮数
• 非对称加密算法:
  • RSA - 最常用的公钥加密算法，基于大整数因数分解难题
  • ECC - 椭圆曲线加密算法，基于椭圆曲线离散对数难题
  • Diffie-Hellman - 密钥交换协议，用于双方在公开渠道协商共享密钥
  • DSA/ElGamal - 数字签名算法，基于整数对数难题
• 其他常见加密算法:
  • MD5、SHA1、SHA256等哈希算法
  • HMAC - 基于哈希算法的消息认证码算法
  • SSL/TLS - HTTPS网络传输层安全协议加密

每类算法有各自的特点，需要根据应用场景选择合适的加密算法。一般组合使用对称加密、非对称加密和哈希函数，可以实现高强度的加密。

3. HTTPS 协议介绍

• HTTP 协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）：是客户端浏览器与Web服务器之间的应用层通信协议 。
• HTTPS 协议（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：可以理解为HTTP+SSL/TLS， 即 HTTP 下加入 SSL 层，HTTPS 的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 数据传输。
  

如上图所示 HTTPS 相比 HTTP 多了一层 SSL/TLS

• SSL/TLS ：SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层)、继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS），是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。
• TLS与SSL在【传输层】为数据通讯进行加密提供安全支持。

SSL协议可分为两层：
SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。相当于建立连接
SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。相当于开始通信

• SSL协议提供的服务主要有

ssl：身份认证和数据加密。保证数据完整性
1）认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；
2）加密数据以防止数据中途被窃取；
3）维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

4. HTTPS 原理

4.1. HTTP 访问过程

如上图所示，HTTP请求过程中，客户端与服务器之间没有任何身份确认的过程，数据全部明文传输，“裸奔”在互联网上，所以很容易遭到黑客的攻击，如下图所示

4.2. HTTPS访问过程

客户端发出的请求很容易被黑客截获，如果此时黑客冒充服务器，则其可返回任意信息给客户端，而不被客户端察觉。

所以 HTTP 传输面临的风险有：

• 窃听风险：黑客可以获知通信内容。
• 篡改风险：黑客可以修改通信内容。
• 冒充风险：黑客可以冒充他人身份参与通信。

使用SSL 证书（需要单独购买）既可以安全的获取公钥，又能防止黑客冒充
证书：.crt，.pem
私钥：.key
证书请求文件：.csr

如上图所示，在第 ② 步时服务器发送了一个SSL证书给客户端，SSL 证书中包含的具体内容有：

（1）证书的发布机构CA
（2）证书的有效期
（3）公钥
（4）证书所有者
（5）签名（签名就可以理解为是钞票里面的一个防伪标签）

客户端在接受到服务端发来的SSL证书时，会对证书的真伪进行校验，以浏览器为例说明如下：

（1）首先浏览器读取证书中的证书所有者、有效期等信息进行一一校验
（2）浏览器开始查找操作系统中已内置的受信任的证书发布机构CA，与服务器发来的证书中的颁发者CA比对，用于校验证书是否为合法机构颁发
（3）如果找不到，浏览器就会报错，说明服务器发来的证书是不可信任的。
（4）如果找到，那么浏览器就会从操作系统中取出颁发者CA的公钥，然后对服务器发来的证书里面的签名进行解密
（5）浏览器使用相同的hash算法计算出服务器发来的证书的hash值，将这个计算的hash值与证书中签名做对比
（6）对比结果一致，则证明服务器发来的证书合法，没有被冒充
（7）此时浏览器就可以读取证书中的公钥，用于后续加密了
（8）client与web协商对称加密算法，client生成对称加密密钥并使用web公钥加密，发送给web服务器，web服务器使用web私钥解密
（9）使用对称加密密钥传输数据，并校验数据的完整性

所以通过发送SSL证书的形式，既解决了公钥获取问题，又解决了黑客冒充问题，一箭双雕，HTTPS加密过程也就此形成
所以相比HTTP，HTTPS 传输更加安全

4.3. HTTPS 总结

相比 HTTP 协议，HTTPS 协议增加了很多握手、加密解密等流程，虽然过程很复杂，但其可以保证数据传输的安全。
但是HTTPS 也是有缺点的：

• SSL 证书费用很高，以及其在服务器上的部署、更新维护非常繁琐
• HTTPS 降低用户访问速度（多次握手）
• 网站改用HTTPS 以后，由HTTP 跳转到 HTTPS 的方式增加了用户访问耗时（多数网站采用302跳转）
• HTTPS 涉及到的安全算法会消耗 CPU 资源，需要增加大量机器（https访问过程需要加解密）

4.4. CA 证书认证机构

证书主要有三大功能：加密、签名、身份验证。
CA（Certificate Authority）证书颁发机构主要负责证书的颁发、管理以及归档和吊销。证书内包含了拥有证书者的姓名、地址、电子邮件帐号、公钥、证书有效期、发放证书的CA、CA的数字签名等信息。