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看完这篇 HTTPS,和面试官扯皮就没问题了(上)v

简介: 下面我们来一起学习一下 HTTPS ,首先问你一个问题,为什么有了 HTTP 之后,还需要有 HTTPS ?我突然有个想法,为什么我们面试的时候需要回答标准答案呢?为什么我们不说出我们自己的想法和见解,却要记住一些所谓的标准回答呢?技术还有正确与否吗?
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HTTPS 为什么会出现


一个新技术的出现必定是为了解决某种问题的,那么 HTTPS 解决了 HTTP 的什么问题呢?


HTTPS 解决了什么问题


一个简单的回答可能会是 HTTP 它不安全。由于 HTTP 天生明文传输的特性,在 HTTP 的传输过程中,任何人都有可能从中截获、修改或者伪造请求发送,所以可以认为 HTTP 是不安全的;在 HTTP 的传输过程中不会验证通信方的身份,因此 HTTP 信息交换的双方可能会遭到伪装,也就是没有用户验证;在 HTTP 的传输过程中,接收方和发送方并不会验证报文的完整性,综上,为了解决上述问题,HTTPS 应用而生。

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什么是 HTTPS


你还记得 HTTP 是怎么定义的吗?HTTP 是一种 超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol) 协议,它 是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范,那么我们看一下 HTTPS 是如何定义的

HTTPS 的全称是 Hypertext Transfer Protocol Secure,它用来在计算机网络上的两个端系统之间进行安全的交换信息(secure communication),它相当于在 HTTP 的基础上加了一个 Secure 安全的词眼,那么我们可以给出一个 HTTPS 的定义:HTTPS 是一个在计算机世界里专门在两点之间安全的传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范。HTTPS 是 HTTP 协议的一种扩展,它本身并不保传输的证安全性,那么谁来保证安全性呢?在 HTTPS 中,使用传输层安全性(TLS)安全套接字层(SSL)对通信协议进行加密。也就是 HTTP + SSL(TLS) = HTTPS。

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HTTPS 做了什么


HTTPS 协议提供了三个关键的指标

  • 加密(Encryption), HTTPS 通过对数据加密来使其免受窃听者对数据的监听,这就意味着当用户在浏览网站时,没有人能够监听他和网站之间的信息交换,或者跟踪用户的活动,访问记录等,从而窃取用户信息。
  • 数据一致性(Data integrity),数据在传输的过程中不会被窃听者所修改,用户发送的数据会完整的传输到服务端,保证用户发的是什么,服务器接收的就是什么。
  • 身份认证(Authentication),是指确认对方的真实身份,也就是证明你是你(可以比作人脸识别),它可以防止中间人攻击并建立用户信任。

有了上面三个关键指标的保证,用户就可以和服务器进行安全的交换信息了。那么,既然你说了 HTTPS 的种种好处,那么我怎么知道网站是用 HTTPS 的还是 HTTP 的呢?给你两幅图应该就可以解释了。

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HTTPS 协议其实非常简单,RFC 文档很小,只有短短的 7 页,里面规定了新的协议名,默认端口号443,至于其他的应答模式、报文结构、请求方法、URI、头字段、连接管理等等都完全沿用 HTTP,没有任何新的东西。

也就是说,除了协议名称和默认端口号外(HTTP 默认端口 80),HTTPS 协议在语法、语义上和 HTTP 一样,HTTP 有的,HTTPS 也照单全收。那么,HTTPS 如何做到 HTTP 所不能做到的安全性呢?关键在于这个 S 也就是 SSL/TLS


什么是 SSL/TLS


认识 SSL/TLS


TLS(Transport Layer Security)SSL(Secure Socket Layer) 的后续版本,它们是用于在互联网两台计算机之间用于身份验证加密的一种协议。

注意:在互联网中,很多名称都可以进行互换。

我们都知道一些在线业务(比如在线支付)最重要的一个步骤是创建一个值得信赖的交易环境,能够让客户安心的进行交易,SSL/TLS 就保证了这一点,SSL/TLS 通过将称为 X.509 证书的数字文档将网站和公司的实体信息绑定到加密密钥来进行工作。每一个密钥对(key pairs) 都有一个 私有密钥(private key)公有密钥(public key),私有密钥是独有的,一般位于服务器上,用于解密由公共密钥加密过的信息;公有密钥是公有的,与服务器进行交互的每个人都可以持有公有密钥,用公钥加密的信息只能由私有密钥来解密。

什么是 X.509:X.509 是公开密钥证书的标准格式,这个文档将加密密钥与(个人或组织)进行安全的关联。

X.509 主要应用如下

  • SSL/TLS 和 HTTPS 用于经过身份验证和加密的 Web 浏览
  • 通过 S/MIME 协议签名和加密的电子邮件
  • 代码签名:它指的是使用数字证书对软件应用程序进行签名以安全分发和安装的过程。

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  • 通过使用由知名公共证书颁发机构(例如SSL.com)颁发的证书对软件进行数字签名,开发人员可以向最终用户保证他们希望安装的软件是由已知且受信任的开发人员发布;并且签名后未被篡改或损害。
  • 还可用于文档签名
  • 还可用于客户端认证
  • 政府签发的电子身份证(详见 https://www.ssl.com/article/pki-and-digital-certificates-for-government/

我们后面还会讨论。


HTTPS 的内核是 HTTP


HTTPS 并不是一项新的应用层协议,只是 HTTP 通信接口部分由 SSL 和 TLS 替代而已。通常情况下,HTTP 会先直接和 TCP 进行通信。在使用 SSL 的 HTTPS 后,则会先演变为和 SSL 进行通信,然后再由 SSL 和 TCP 进行通信。也就是说,HTTPS 就是身披了一层 SSL 的 HTTP。(我都喜欢把骚粉留在最后。。。)

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SSL 是一个独立的协议,不只有 HTTP 可以使用,其他应用层协议也可以使用,比如 SMTP(电子邮件协议)Telnet(远程登录协议) 等都可以使用。


探究 HTTPS


我说,你起这么牛逼的名字干嘛,还想吹牛批?你 HTTPS 不就抱上了 TLS/SSL 的大腿么,咋这么牛批哄哄的,还想探究 HTTPS,瞎胡闹,赶紧改成 TLS 是我主,赞美我主。

SSL 即安全套接字层,它在 OSI 七层网络模型中处于第五层,SSL 在 1999 年被 IETF(互联网工程组)更名为 TLS ,即传输安全层,直到现在,TLS 一共出现过三个版本,1.1、1.2 和 1.3 ,目前最广泛使用的是 1.2,所以接下来的探讨都是基于 TLS 1.2 的版本上的。

TLS 用于两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性。TLS 由记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议、扩展协议等几个子协议组成,综合使用了对称加密、非对称加密、身份认证等许多密码学前沿技术(如果你觉得一项技术很简单,那你只是没有学到位,任何技术都是有美感的,牛逼的人只是欣赏,并不是贬低)。

说了这么半天,我们还没有看到 TLS 的命名规范呢,下面举一个 TLS 例子来看一下 TLS 的结构

ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384

这是啥意思呢?我刚开始看也有点懵啊,但其实是有套路的,因为 TLS 的密码套件比较规范,基本格式就是 密钥交换算法 - 签名算法 - 对称加密算法 - 摘要算法 组成的一个密码串,有时候还有分组模式,我们先来看一下刚刚是什么意思

使用 ECDHE 进行密钥交换,使用 ECDSA 进行签名和认证,然后使用 AES 作为对称加密算法,密钥的长度是 256 位,使用 GCM 作为分组模式,最后使用 SHA384 作为摘要算法。

TLS 在根本上使用对称加密非对称加密 两种形式。


对称加密


在了解对称加密前,我们先来了解一下密码学的东西,在密码学中,有几个概念:明文、密文、加密、解密

  • 明文(Plaintext),一般认为明文是有意义的字符或者比特集,或者是通过某种公开编码就能获得的消息。明文通常用 m 或 p 表示
  • 密文(Ciphertext),对明文进行某种加密后就变成了密文
  • 加密(Encrypt),把原始的信息(明文)转换为密文的信息变换过程
  • 解密(Decrypt),把已经加密的信息恢复成明文的过程。

对称加密(Symmetrical Encryption)顾名思义就是指加密和解密时使用的密钥都是同样的密钥。只要保证了密钥的安全性,那么整个通信过程也就是具有了机密性。

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TLS 里面有比较多的加密算法可供使用,比如 DES、3DES、AES、ChaCha20、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK 等。目前最常用的是 AES-128, AES-192、AES-256 和 ChaCha20。

DES 的全称是 Data Encryption Standard(数据加密标准) ,它是用于数字数据加密的对称密钥算法。尽管其 56 位的短密钥长度使它对于现代应用程序来说太不安全了,但它在加密技术的发展中具有很大的影响力。

3DES 是从原始数据加密标准(DES)衍生过来的加密算法,它在 90 年代后变得很重要,但是后面由于更加高级的算法出现,3DES 变得不再重要。

AES-128, AES-192 和 AES-256 都是属于 AES ,AES 的全称是Advanced Encryption Standard(高级加密标准),它是 DES 算法的替代者,安全强度很高,性能也很好,是应用最广泛的对称加密算法。

ChaCha20 是 Google 设计的另一种加密算法,密钥长度固定为 256 位,纯软件运行性能要超过 AES,曾经在移动客户端上比较流行,但 ARMv8 之后也加入了 AES 硬件优化,所以现在不再具有明显的优势,但仍然算得上是一个不错算法。

(其他可自行搜索)

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