HTTPS的链接建立、通信过程

Https建立链接整体示意图

HTTPS建立过程相当复杂，下图为示意图，可以有整体认识。

准备工作（对应图中prepare1234）

可以看到，在客户端向服务器发起请求前，还有一些准备工作要做，或者说是有一些工作已经做好了。

从CA证书颁发机构，获取数字证书。

• 服务器：生成一对公私钥S.pub，S.pri，私钥自己保留，用于解密和签名，不能外泄。将公钥S.pub，身份信息，传给CA(Certificate Authority)机构；
• CA机构：也有公私钥C.pub,C.pri；由S.pub，身份信息另外附加CA签名生成数字证书（签名使用C.pri进行签名）
• 将数字证书颁发给申请者（服务器）
• 客户端（比如我们经常使用的浏览器），为了安全性，会内置一份CA根证书，它包含C.pri，用于对数字证书验证

建立链接

https使用的是443端口，而http使用的是80端口

TCP端口号是一个2字节的整型，处于TCP报文段的前四个字节（2字节源端口号，2字节目的端口号）。

很明显范围是0~65535。其中0~1023具有特殊意义，已经被绑定，比如上面说的443，80，还有ftp的21端口。

下面的过程为具体详细一点的过程，如果不想看，可以完全只看示意图即可。

1 客户端发起请求（对应图中1）

同样需要三次握手，建立TCP连接(毫无疑问HTTPS也是基于TCP的)

2 客户端发送Client Hello包（对应图中2）

• 随机数
  里面有1970年1月1日到现在的秒数，后面还有一个客户端发来的随机数Client.random

• Session ID
  如果客户端与服务器费尽周折建立了一个HTTPS链接，刚建完就断了，也太可惜，所以用Session ID将其保存，如果下次再来可以直接使用之前的链接进行对话(对称密钥)。

• 密文族
  告诉服务器，自己支持的加密算法种类

• Server_name

3 Server Hello（对应图中2）

• 随机数：对应服务器时间，服务器sever.random
• Seesion ID，如果客户端发给服务器的session ID在服务端有缓存，服务端会尝试使用这个session；否则服务器会启用新的并返回给客户端；
• 服务器挑选一个密文族

4 Certificate（对应图中2）

服务器终于发来我们想要的数字证书，包含了：签发机构、过期时间、主题名称、公共密钥信息、指纹信息等等

5 Server Hello Done（对应图中2）

服务器发送结束

6 客户端验证（对应图中3）

客户端从内置的CA根证书获取C.pub，对服务器发送来的数字证书进行验签，如果一致，说明证书是CA颁发的（前提是C.pub是真实的，确实是CA机构的公钥）。然后看看证书是否过期，域名是否匹配

7 生成对称密钥（对应图中4、5、6）

客户端根据之前的：Client.random + sever.random + pre-master生成对称密钥

经过S.pub加密发送给服务器，之后即可通过对称密钥进行通讯。（就是之前我们熟悉的http）

建立链接后通信

使用对称密钥通信

使用下文中得到的共享密钥进行通信，速度比建立链接使用的加密快。

Https混合加密方式

建立连接时使用的是非对称加密的私钥和公钥。

链接建立后通信的时候使用的是共享密钥加密。

共享密钥加密

链接建立后使用的加密，即通信时的加密，属于对称加密，并且没有像建立链接的诸多步骤，所以速度相对较快。

非对称加密

链接建立时使用的加密，因为三次握手、证书查询、验证签名、生成共享密钥等步骤，所以速度相对来说比较慢。具有公钥私钥的概念。

为什么要使用混合加密呢？

这是安全性和通信速度的平衡考虑。

建立链接时的加密比较复杂，加密过程比较慢，但是比较安全。

链接建立后通信时则反之，而通信的时候有希望能够尽可能块，所以使用的是共享密钥。

一种共享密钥算法

这里介绍一种共享密钥的加密算法，这在密码学属于密钥交换，实例算法为Diffie-Hellman 密钥交换，使用了数学模运算、指数运算的原理。

通信双方各自有一个密钥，比如：A的密钥是X，B的密钥是Y。

$（密文）=B^{X}modM$ ，B和M是公开的，所有人都可以知道，X是各自私有的密钥。

$（B发送的密文）\times (A持有的密钥X）=（A发送的密文）\times (B持有的密钥Y)$

$(B^{Y}modM)\times X=(B^{X}modM)\times Y$

$(B^Y{}^{X}modM)=(B^X{}^{Y}modM)$

至此，双发没有发送自己的密钥，但是得到了相同的共享密钥。

非对称加密过程中的签名和证书

属于加密过程中的细节，解决需求可以不看，但是面试可能考到，毕竟越来越卷了。

证书上面示意图中已经阐述过了，这里主要写签名。证书注意的地方是 1、包含公钥，2、客户端通过内置证书验证子证书是不是合法的。

明文hash后的东西叫签名。

一句话说清楚：签名、明文、签名时使用的hash算法，这三个东西一起在客户端请求建立链接后发送给客户端，客户端把明文用hash算法计算，得出的值与传过来的签名对比，相同就没篡改。

缺点: 明文连着签名都给你伪造了。解决办法：证书。