HTTP-SSL机制概述

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这是我阅读《HTTP权威指南》的总结和思考中，一系列文章的一篇，目录在这里

需求

HTTP协议是透明的，对于现代Web服务，比如支付等业务，需要一种安全机制来避免：

  1. 窃听风险：通讯内容被第三方窃听
  2. 篡改风险：第三方篡改通信内容
  3. 冒充风险：第三方冒充身份参与通信

因此需要一种算法来保证：

  1. 加密：防止第三方窃听
  2. 完整性：防止内容被篡改
  3. 服务器/客户端认证：防止身份伪造
  4. 效率高, 普适性强

概述

网景公司最早引入了SSL(Secure Socket Layer)来保证安全性，之后标准化组织接收基于其上推出了TLS(Transport Layer Security)

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|    HTTP    |           |    HTTP    |
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|     TCP    |           |     SSL    |
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|     IP     |           |     TCP    |
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通过加入一层SSL加密处理消息以后以二进制密文发送给客户端，SSL对于上层像一个黑盒子一样，具体过程在后面探讨

基础算法

对称非公开加密

对称加密算法指的是加密和解密使用相同密钥的算法。过程示意图：

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明文P ---(加密算法F(密钥k))----> 密文C -----(F(k))----> 明文P

常见的算法有DES和继任者AES等

其主要优点是运算速度快，加密和解密过程不需要很长的时间，当要传输较大文件时比较方便

缺点在于

  1. 每个点对点传输都需要1个密钥，服务器和客户端需要保存大量的密钥
  2. 需要首先传输密钥给对方，可能会泄露密钥

非对称公开加密

非对称加密与对称加密特点相反，密钥分为公钥和私钥，公钥公开在某处，发送方都可以获取该密钥对信息加密，私钥只有接收方保管，可以将密文解密

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明文P <-----(公钥ex)-----> 密文C <-----(私钥d)-----> 明文P

上图展示了RSA算法的过程，RSA算法是最常见的非对称公开加密算法，其加解密是双向的，即私钥加密可以用公钥解密，公钥加密可以用私钥解密，在数字签名时会用到该特性

非对称加密解决了对称加密的2个缺点，但是其加密解密速度太慢，因此不适合大文件的加密传输

数字证书和数字签名

在上面两种加密算法的基础上，我们实现了防止窃听，但是还需要一个方法来防止篡改，并且证明发送方身份

数字证书是由权威机构颁发给服务器方，通常包含名称，过期时间，发布者等信息，服务器通过提供证书证明自己身份，就像人出示身份证一样

为了证明证书的可靠性，需要用到数字签名技术。证书颁发方将证书中的版本号，序列号，签名算法描述，颁发机构，对象名称，对象公钥等通过颁发者的私钥加密后生成数字签名

当客户端(浏览器)接收到服务器发来的证书后，根据颁发方的公钥(通常已预装在浏览器，对于非权威证书颁发者会出现警告)，解密签名与证书对照，确认证书没有变化。

TLS过程

因为RSA效率较低，因此TLS通过握手验证服务器身份并用RSA传递一个对称密钥，之后的主体报文使用该密钥传递，会话结束后销毁

SSL握手通过4次完成

ClientHello

客户端向浏览器提供

  1. 支持的协议版本, TLS1.0-1.3/SSL
  2. 一个用于生成对称加密的随机数
  3. 支持的加密方法
  4. 压缩算法

ServerHello

服务器回复

  1. 确认使用的协议版本
  2. 第二个用于生成对称加密的随机数
  3. 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密
  4. 服务器证书

客户端响应

客户端回复

  1. 最后一个用于生成对称加密的随机数
  2. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
  3. 客户端握手结束通知，表示客户端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，用来供服务器校验

服务器响应

  1. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送
  2. 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

之后所有内容就交由SSL层使用对称密钥加密后传递