最好懂的HTTPS講解

大家早上好，有段時間沒更新文章了。

其實(shí)疫情期間在家呆了一個多月的時間不能出門，時間倒是挺多的，我也利用這段時間寫了幾篇新文章。但由于新寫的這些文章大都是配合著新書中的內(nèi)容的，受疫情的影響我寫的新書遲遲不能出版，導(dǎo)致這些文章也無法發(fā)布，等得我好是焦急。希望疫情早日結(jié)束，大家都能快點(diǎn)恢復(fù)到正常的生活當(dāng)中。

那么今天先發(fā)布一篇和Android無關(guān)的技術(shù)文章。

https這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用得非常廣泛了。隨著蘋果、Google等各大互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)頭企業(yè)紛紛在自己的操作系統(tǒng)、瀏覽器等主流產(chǎn)品中強(qiáng)制要求使用https，http的淘汰也正式進(jìn)入了倒計(jì)時。

其實(shí)https對于客戶端開發(fā)人員來說并沒有什么需要特別注意的地方，因?yàn)榇a和寫http請求時并沒有什么兩樣。但也正是因?yàn)檫@個原因，導(dǎo)致許多客戶端開發(fā)人員對https并不了解，只知道它是安全的加密網(wǎng)絡(luò)傳輸，對其具體的工作原理卻一無所知。

那么客戶端開發(fā)人員到底需不需要了解https呢？我認(rèn)為還是有一定必要的，掌握了https的工作原理可以幫助你更加有效地理解并解決一些工作當(dāng)中遇到的問題。另外，有很多公司也喜歡在面試的時候問一些https相關(guān)的問題，如果你完全不了解的話，在這里就很容易會被刷掉。

我自己當(dāng)初在學(xué)習(xí)https的時候查閱了很多網(wǎng)上的資料，但是絕大多數(shù)的文章寫得都不是那么易懂，讓不少人對https產(chǎn)生了一些畏懼。我認(rèn)為要想理解https的工作原理，并不一定非得要知道它方方面面的細(xì)節(jié)（網(wǎng)上許多文章就是因?yàn)閷懙锰?xì)，導(dǎo)致很難懂），其實(shí)只要掌握它的整體工作流程，以及搞清楚為什么它能夠保證網(wǎng)絡(luò)通信的安全就可以了。因此，今天我就給大家?guī)硪黄詈枚膆ttps講解。

在正式開始講解https之前我們還得先搞清楚兩個概念：什么是對稱加密，以及什么是非對稱加密？這兩個概念都是屬于加密學(xué)中的基礎(chǔ)知識，其實(shí)非常好懂。

對稱加密比較簡單，就是客戶端和服務(wù)器共用同一個密鑰，該密鑰可以用于加密一段內(nèi)容，同時也可以用于解密這段內(nèi)容。對稱加密的優(yōu)點(diǎn)是加解密效率高，但是在安全性方面可能存在一些問題，因?yàn)槊荑€存放在客戶端有被竊取的風(fēng)險(xiǎn)。對稱加密的代表算法有：AES、DES等。

而非對稱加密則要復(fù)雜一點(diǎn)，它將密鑰分成了兩種：公鑰和私鑰。公鑰通常存放在客戶端，私鑰通常存放在服務(wù)器。使用公鑰加密的數(shù)據(jù)只有用私鑰才能解密，反過來使用私鑰加密的數(shù)據(jù)也只有用公鑰才能解密。非對稱加密的優(yōu)點(diǎn)是安全性更高，因?yàn)榭蛻舳税l(fā)送給服務(wù)器的加密信息只有用服務(wù)器的私鑰才能解密，因此不用擔(dān)心被別人破解，但缺點(diǎn)是加解密的效率相比于對稱加密要差很多。非對稱加密的代表算法有：RSA、ElGamal等。

掌握了這兩個概念之后，我們就可以開始學(xué)習(xí)https了。這里先提前拋出一個問題，同時也是面試時可能經(jīng)常會問到的一個問題：https為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，使用的是對稱加密還是非對稱加密呢？

學(xué)完本篇文章之后你就能知道答案了。

首先我們來看一下，傳統(tǒng)的http方式在網(wǎng)絡(luò)傳輸時存在哪些問題。

由于我們在傳輸數(shù)據(jù)時信息都是明文的，因此很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)被監(jiān)聽和竊取的情況。示意圖如下：

另外，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)還有可能被一些別有用心的人篡改，導(dǎo)致瀏覽器與網(wǎng)站收發(fā)的內(nèi)容不一致。示意圖如下：

也就是說，使用http傳輸數(shù)據(jù)至少存在著數(shù)據(jù)被監(jiān)聽以及數(shù)據(jù)被篡改這兩大風(fēng)險(xiǎn)，因此http是一種不安全的傳輸協(xié)議。

那么解決方案大家肯定都知道是使用https，但是我們先嘗試著自己思考一下該如何保證http傳輸?shù)陌踩裕M(jìn)而也就能一步步地理解https的工作原理了。

既然數(shù)據(jù)以明文的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸是不安全的，那么我們顯然要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密才行。剛才提到了，加密方式主要有兩種，對稱加密和非對稱加密。對稱加密的優(yōu)點(diǎn)是加解密效率高，而我們在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)是非常講究效率的，因此這里很明顯應(yīng)該使用對稱加密。示意圖如下：

可以看到，由于我們在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是密文，所以不怕被監(jiān)聽者獲取到，因?yàn)樗麄儫o法得知原文是什么。而瀏覽器收到密文之后，只需要使用和網(wǎng)站相同的密鑰來對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密就可以了。

這種工作機(jī)制看上去好像確實(shí)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕菂s存在一個巨大的漏洞：瀏覽器和網(wǎng)站怎樣商定使用什么密鑰呢？

這絕對是一個計(jì)算機(jī)界的難題，瀏覽器和網(wǎng)站要使用相同的密鑰才能正常對數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密，但是如何讓這個密鑰只讓它們倆知曉，而不被任何監(jiān)聽者知曉呢？你會發(fā)現(xiàn)不管怎么商定，瀏覽器和網(wǎng)站的首次通信過程必定是明文的。這就意味著，按照上述的工作流程，我們始終無法創(chuàng)建一個安全的對稱加密密鑰。

所以，只使用對稱加密看來是永遠(yuǎn)無法解決這個問題了，這個時候我們需要將非對稱加密引入進(jìn)來，協(xié)助解決無法安全創(chuàng)建對稱加密密鑰的問題。

那么為什么非對稱加密就可以解決這個問題呢？我們還是通過示意圖的方式來理解一下：

可以看到，如果我們想要安全地創(chuàng)建一個對稱加密的密鑰，可以讓瀏覽器這邊來隨機(jī)生成，但是生成出來的密鑰不能直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，而是要用網(wǎng)站提供的公鑰對其進(jìn)行非對稱加密。由于公鑰加密后的數(shù)據(jù)只能使用私鑰來解密，因此這段數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸是絕對安全的。而網(wǎng)站在收到消息之后，只需要使用私鑰對其解密，就獲取到瀏覽器生成的密鑰了。

另外，使用這種方式，只有在瀏覽器和網(wǎng)站首次商定密鑰的時候需要使用非對稱加密，一旦網(wǎng)站收到了瀏覽器隨機(jī)生成的密鑰之后，雙方就可以都使用對稱加密來進(jìn)行通信了，因此工作效率是非常高的。

那么，上述的工作機(jī)制你認(rèn)為已經(jīng)非常完善了嗎？其實(shí)并沒有，因?yàn)槲覀冞€是差了非常關(guān)鍵的一步，瀏覽器該怎樣才能獲取到網(wǎng)站的公鑰呢？雖然公鑰是屬于公開的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸不怕被別人監(jiān)聽，但是如果公鑰被別人篡改了怎么辦？示意圖如下：

也就是說，只要我們從網(wǎng)絡(luò)上去獲取任何網(wǎng)站的公鑰，就必然存在著公鑰被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。而一旦你使用了假的公鑰來對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，那么就可以被別人以假的私鑰進(jìn)行解密，后果不堪設(shè)想。

方案設(shè)計(jì)到這里好像已經(jīng)進(jìn)入了死胡同，因?yàn)闊o論如何我們都無法安全地獲取到一個網(wǎng)站的公鑰，而我們顯然也不可能將世界上所有網(wǎng)站的公鑰都預(yù)置在操作系統(tǒng)當(dāng)中。

這個時候，就必須引入一個新的概念來打破僵局了：CA機(jī)構(gòu)。

CA機(jī)構(gòu)專門用于給各個網(wǎng)站簽發(fā)數(shù)字證書，從而保證瀏覽器可以安全地獲得各個網(wǎng)站的公鑰。那么CA機(jī)構(gòu)是如何完成這個艱巨的任務(wù)的呢？下面開始一步步解析。

首先，我們作為一個網(wǎng)站的管理員需要向CA機(jī)構(gòu)進(jìn)行申請，將自己的公鑰提交給CA機(jī)構(gòu)。CA機(jī)構(gòu)則會使用我們提交的公鑰，再加上一系列其他的信息，如網(wǎng)站域名、有效時長等，來制作證書。

證書制作完成后，CA機(jī)構(gòu)會使用自己的私鑰對其加密，并將加密后的數(shù)據(jù)返回給我們，我們只需要將獲得的加密數(shù)據(jù)配置到網(wǎng)站服務(wù)器上即可。

然后，每當(dāng)有瀏覽器請求我們的網(wǎng)站時，首先會將這段加密數(shù)據(jù)返回給瀏覽器，此時瀏覽器會用CA機(jī)構(gòu)的公鑰來對這段數(shù)據(jù)解密。

如果能解密成功，就可以得到CA機(jī)構(gòu)給我們網(wǎng)站頒發(fā)的證書了，其中當(dāng)然也包括了我們網(wǎng)站的公鑰。你可以在瀏覽器的地址欄上，點(diǎn)擊網(wǎng)址左側(cè)的小鎖圖標(biāo)來查看證書的詳細(xì)信息，如下圖所示。

得到了公鑰之后，接下來的流程就和剛才示意圖中所描述的一樣了。

而如果無法解密成功，則說明此段加密數(shù)據(jù)并不是由一個合法的CA機(jī)構(gòu)使用私鑰加密而來的，有可能是被篡改了，于是會在瀏覽器上顯示一個著名的異常界面，如下圖所示。

那么你可能會問了，有了CA機(jī)構(gòu)之后就真的安全了嗎？我們在瀏覽器端要使用CA機(jī)構(gòu)的公鑰來解密數(shù)據(jù)，那么又該如何安全地獲取到CA機(jī)構(gòu)的公鑰呢？

這個問題就很好解決了，因?yàn)槭澜缟系木W(wǎng)站是無限多的，而CA機(jī)構(gòu)總共就那么幾家。任何正版操作系統(tǒng)都會將所有主流CA機(jī)構(gòu)的公鑰內(nèi)置到操作系統(tǒng)當(dāng)中，所以我們不用額外獲取，解密時只需遍歷系統(tǒng)中所有內(nèi)置的CA機(jī)構(gòu)的公鑰，只要有任何一個公鑰能夠正常解密出數(shù)據(jù)，就說明它是合法的。

Windows系統(tǒng)的內(nèi)置證書如下：

但是即使使用CA機(jī)構(gòu)的公鑰能夠正常解密出數(shù)據(jù)，目前的流程也還是存在問題的。因?yàn)槊恳患褻A機(jī)構(gòu)都會給成千上萬的網(wǎng)站制作證書，假如攻擊者知道abc.com使用的是某家CA機(jī)構(gòu)的證書，那么他也可以同樣去這家CA機(jī)構(gòu)申請一個合法的證書，然后在瀏覽器請求abc.com時對返回的加密證書數(shù)據(jù)進(jìn)行替換。示意圖如下：

可以看到，由于攻擊者申請的證書也是由正規(guī)CA機(jī)構(gòu)制作的，因此這段加密數(shù)據(jù)當(dāng)然可以成功被解密。

也正是因?yàn)檫@個原因，所有CA機(jī)構(gòu)在制作的證書時除了網(wǎng)站的公鑰外，還要包含許多其他數(shù)據(jù)，用來輔助進(jìn)行校驗(yàn)，比如說網(wǎng)站的域名就是其中一項(xiàng)重要的數(shù)據(jù)。

同樣是剛才的例子，如果證書中加入了網(wǎng)站的域名，那么攻擊者就只能無功而返了。因?yàn)?，即使加密?shù)據(jù)可以被成功解密，但是最終解密出來的證書中包含的域名和瀏覽器正在請求的域名對不上，那么此時瀏覽器仍然會顯示異常界面。示意圖如下：

好了，方案設(shè)計(jì)到這里，其實(shí)我們的網(wǎng)絡(luò)傳輸就已經(jīng)做到足夠的安全了。當(dāng)然，這其實(shí)也就是https的工作原理。

那么回到一開始的問題：https使用的是對稱加密還是非對稱加密呢？答案也很明顯了，https使用的是對稱加密與非對稱加密相結(jié)合的方式。

當(dāng)然，如果你想繼續(xù)深入研究，https中還有許許多多的細(xì)節(jié)值得去挖掘。但是繼續(xù)寫下去的話，這篇文章可能就不再是最好懂的https講解了，所以我覺得寫到這里剛剛好。

假如你和我一樣，主要從事的是客戶端方向的開發(fā)，那么了解這么多https的知識已經(jīng)足夠應(yīng)對常見的面試以及工作中遇到的問題了。

到此這篇關(guān)于最好懂的HTTPS講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)HTTPS講解內(nèi)容請搜索億速云以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持億速云！