青沛🌲

# SSL/TLS

HTTPS 是 HTTP 建立在 SSL/TLS 安全协议上的。通过 SSL 证书验证服务的身份，并为浏览器和服务器之间的通信进行加密。采用对称加密、非对称加密、身份认证等技术进行混合加密传输。属于 OSI 中的第五层（安全层），默认端口是 443。与普通的发送 HTTP 请求相比，多了一个握手的过程，HTTPS 需要在 TCP 上建立安全链接之后，才能收发 HTTP 报文。

TIP

SSL（Secure Sockets Layer）：安全套接字层，TLS（Transport Layer Security）：传输安全层，前身是 SSL。

通信安全需要同时具备机密性（不被窃听）、不可否认、完整性、身份认证（证明自己）

# TLS 组成

TLS 包含了几个子协议，每个子协议各自负责不同的模块。

# 记录协议（？）

规定了 TLS 收发数据的基本单位：记录（record）。所有其他的协议都需要通过记录协议发出。

# 警报协议

向对方发出警报信息。比如 protocol_version 是对版本的限制，bad_certificate 是证书有问题，收到的一方可以选择继续或终止。

# 握手协议

协商 TLS 版本号，随机数，密码套件（建立连接时的加密算法组合）等信息，然后交换证书和秘钥参数，最终双方协商得到会话秘钥，用于后续的混合加密系统。

# 变更密码规范协议

告诉对方，后续数据都用加密保护。

# 握手流程

1、客户端通过 URL 访问服务器建立 SSL/TLS 连接，将协议版本号，生成一个随机数（client_random），以及支持的加密方法发送到服务器。

Handshake Protocol: Client Hello
    Version: TLS 1.2 (0x0303)
    Random: 1cbf803321fd2623408dfe…
    Cipher Suites (17 suites)
        Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256 (0xc02f)
        Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 (0xc030)

2、服务端收到请求，确认加密算法，并生成一个 serve_random，以及网站支持的证书（包含公钥等信息）发送到客户端。

Handshake Protocol: Server Hello
    Version: TLS 1.2 (0x0303)
    Random: 0e6320f21bae50842e96…
    Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 (0xc030)

3、客户端收到证书后进行，得到服务端的信息及公钥，协商安全等级（信息加密的等级）。

4、验证成功后，生成一个新的随机数 Premaster_secret，经过公钥加密后，发给服务器。

5、服务器收到 Premaster_secret 后，私钥解密。

6、后面根据约定好的加密算法，使用 client_random、serve_random、Premaster_secret 生成对话秘钥，进行整个对话。

TIP

TLS 握手成功之后，客户端必须要发送一个连接前言，用来确认 HTTP2 的链接。

# 优缺点

# HTTP 中存在问题（HTTPS 解决的问题）

  • 请求明文，容易被截取窃听
  • 数据完整性未校验，容易被篡改
  • 没有验证对方身份，存在冒充风险

# HTTPS 的缺点

  • 多次握手，耗时
  • SSL 证书需要花钱
  • 涉及的安全算法消耗 CPU 资源

# 加密

对信息的加密保证了机密性。

对称加密：加解密的秘钥相同。常见有的 AES，ChaCha20。

非对称加密：分为公钥（public key）和私钥（private），两个秘钥不同，公钥可以公开，但是私钥必须要个保密。公钥和私钥具有单向性，经过公钥加密的内容，只能通过私钥解密，通过私钥加密的内容，只能通过公钥解密。常见的有 DSA、RSA、ECC。

混合加密：在通信开始的时候，使用非对称加密，解决秘钥交换的问题。对称加密的会话秘钥，经过公钥/私钥加密后，发送给对方，对方拿到后就用私钥/公钥解密，取出对称加密的会话秘钥。

# 摘要算法

摘要算法保证数据的完整性。

常用的算法有 MD5 和 SHA-2（SHA224、SHA256、SHA384 等），内容经过加密算法生成摘要信息，然后使用会话秘钥对消息和摘要进行加密。

# 数字签名和证书

# 数字签名

数字签名 保证通信的身份认证和不可否认。

原理：使用私钥进行加密，公钥进行解密。由于非对称加密的效率较低，所以私钥只加密摘要信息。签名和公钥完全公开，但是经过私钥加密的，只能通过对应的公钥进行解密。通过公钥解密后，再与原文进行对比验证完整性，就可以确定消息确实是正确的。 CA（Certificate Authority ，证书认证机构），对网站的公钥签名，保证公钥的可信性。

# TLS 兼容

对于老版本的 TLS，通过扩展协议，实现新老版本的兼容。对于 TLS1.3 版本的洗衣，握手的消息中增加了supported_versions扩展，标记了 TLS 的版本号信息。

# 优化

握手的过程比较耗时。

  • 硬件优化，SSL 加速卡、加速服务器等。
  • 使用 TLS1.3，简化了握手过程，完全握手只需要 1-RTT，以及一些算法的升级，取消了 Key Exchange 的过程。
  • 证书优化 证书传输和认证
  • 会话复用 客户端和服务器，各自保存第一次的会话 ID，客户端再次发送请求的时候，将第一次的会话 ID 带上。
  • 会话票证 客户端保存一个票证信息 session_ticket，会话的时候，服务器验证是否过期。

# 握手过程

  • 客户端发出请求（clienthello），会带上以下信息
    • 客户端支持的协议版本
    • 客户端支持的加密算法
    • 客户端生成的随机数，用于生成 ‘对话秘钥’
    • 客户端支持的压缩方法
  • 服务端回应（serverhello），会包含一下内容
    • 确认加密协议版本
    • 生成随机数，用于生成 ‘对话秘钥’
    • 确认加密算法，并发送对应的公钥
    • 服务器证书
  • 客户端回应
    • 验证证书
    • 编码改变通知，标识随后的信息都是加密过的
    • 通过服务端的公钥生成一个随机数 （pre-master key）
    • 客户端握手结束通知，发送前面所有内容的 hash 值，供服务器验证
  • 服务端回应
    • 编码改变通知，标识随后的信息都是加密过的
    • 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的 hash 值，用来供客户端校验。

SSL/TLS 协议运行机制的概述 彻底搞懂 HTTPS 的加密原理

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