HTTPS加密

一.加密是什么

加密就是把明文(要传输的信息)进行一系列的变换,生成密文.

有加密就有解密,解密就是把密文进行一系列的变换,生成明文.

在这个加密和解密过程中,往往需要一个或多个中间数据,辅助进行这个过程,这样的数据称为密钥.

加密解密到如今已经发展成了一个独立的学科 : 密码学

在密码学中,加密和解密,有两种方式 :

1.对称加密 : 加密和解密,使用同一个密钥.

明文 + key(密钥) => 密文

密文 + key(密钥) => 明文

2.非对称加密 : 有两个密钥, 这两个密钥,一个称为"公钥",一个称为"私钥".(公钥就是公开的,私钥就是自己藏好的)

明文 + 公钥 => 密文密文 + 私钥 => 明文

或

明文 + 私钥 => 密文密文 + 公钥 => 明文

用一个钥匙加密就用一个钥匙解密

二.HTTPS的工作过程

1.先引入对称加密

对称加密其实就是通过同一个"密钥",把明文加密成密文,并且也能把密文解密称明文.

引入对称加密之后,即使数据被截获,由于黑客不知道密钥是啥,因此就无法进行解密,也就不知道请求的真实内容是啥了.

但是事情没这么简单,服务器同一时刻其实是给很多客户端提供服务,这么多客户端,每个人用的密钥都是必须不同的(如果是相同的那密钥就太容易扩散了,黑客就也能拿到了).因此,服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关系,这也是个很麻烦的事情.

比较理想的做法,就是能在客户端和服务器之间建立连接的时候,双方协商确定这次的密钥是啥

但是如果直接把密钥明文传输,那么黑客也能获取到密钥了,所以后面的加密操作就形同虚设了.

因此密钥的传输也必须加密传输.

但是想要对密钥进行对称加密,就仍然需要先协商确定一个"密钥的密钥",这样就成了"先有鸡还是先有蛋"的问题了,此时密钥的传输再用对称加密就行不通了.

如此就需要引入非对称加密.

2.引入非对称加密

非对称加密要用到两个缪要,一个叫做"公钥",一个叫做"私钥".

公钥和私钥是配对的.最大的缺点就是运算速度非常慢,比对称加密要慢的多.

通过公钥对明文加密,变成密文.

通过私钥对密文解密,变成密文.

也可以反着用

通过私钥对明文加密,变成密文.

通过公钥对密文解密,变成明文.

客户端在本地生成对称密钥,通过公钥加密,发送给服务器.
由于中间的网络设备没有私钥,即使截获了数据,也无法还原出内部的原文,也就无法获取到对称密钥
服务器通过私钥解密,还原出客户端发送的对称密钥.并且使用这个对称密钥解密给客户端返回的响应数据.
后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可.由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道,其他主机/设备不知道密钥即使截获数据也没有意义

由于对称加密的效率比非对称加密给很多,因此只是在开始阶段协商密钥的时候使用非对称加密,后续的传输仍然使用对称加密.

那么接下来问题又来了:

1.客户端如何获取到公钥?

2.客户端如何确定这个公钥不是黑客伪造的?

中间人攻击

黑客可以使用中间人攻击,获取到密钥

1.服务器具有非对称加密算法的公钥S,私钥S'

2.中间人具有非对称加密算法的公钥M,私钥M'

3.客户端向服务器发起请求,服务器明文传送公钥S给客户端

4.中间人劫持数据报文,提取公钥S并保存好,然后被劫持报文中的公钥S替换成为自己的公钥M,并将伪造报文发给客户端

5.客户端收到报文,提取公钥M(自己当然不知道公钥被更换过了),自己形成对称密钥X,用公钥M加密X,形成报文发送给服务器.

6.中间人劫持后,直接用自己的私钥M'进行解密,得到通信密钥X,在用曾经保存的服务端公钥S加密后,将报文推送给服务器.

7.服务器拿到报文,用自己的私钥S'解密,得到通信密钥X

8.双方开始采用X进行对称加密,进行通信.但是一切都在中间人的掌握中,劫持数据,进行窃听甚至修改,都是可以的.

3.引入证书

服务端在使用HTTPS前,需要向CA机构申领一份数字证书,数字证书里含有证书申请者信息,公钥信息等,服务器把证书传输给浏览器,浏览器从证书里获取公钥就行了,证书就如省份证,证明服务端公钥的权威性.

这个证书可以理解成是一个结构化的字符串,里面包含了以下信息:

证书发布机构
证书有效期
公钥
证书所有者
签名
...

理解数据签名

当服务端申请CA证书的时候,CA机构会对该服务端进行审核,并专门为该网站形成数字签名,过程如下:

1.CA机构拥有非对称加密的私钥A和公钥A'

2.CA机构对服务端申请的证书明文数据进行hash,形成数据摘要

3.然后对数据摘要要用CA私钥A'加密,得到数字签名S

服务端申请的证书明文和数字签名S共同组成了数字证书,这样一份数字证书就可以颁发给服务端了

通过证书解决中间人攻击

在客户端和服务器刚建立连接的时候,服务器给客户端返回一个证书.

这个证书包含了刚才的公钥,也包含了网站的身份信息.

当客户端获取到这个证书之后,会对证书进行校验(防止证书是伪造的).

判定证书的有效期是否过期
判定证书的发布机构是否受信任(操作系统中已内置的收信任的证书发布机构).
验证证书是否被篡改:从系统中拿到该证书发布机构的公钥,对签名解密,得到一个hash值(称为数据摘要),设为hash1,然后计算整个证书的hash值,设为hash2,对比hash1和hash2是否相等,如果相等,则说明证书是没有被篡改的.