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一文读懂 HTTPS
The following article is from Java建设者 Author cxuan
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？
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。
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)或安全套接字层(SSL)对通信协议进行加密。也就是 HTTP + SSL(TLS) = HTTPS。
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。
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。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) 是 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和加密的一种协议。注意：在互联网中，很多名称都可以进行互换。
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) 和 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。 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
SMTP(电子邮件协议)、Telnet(远程登录协议) 等都可以使用。探究 HTTPS
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。分组模式，我们先来看一下刚刚是什么意思对称加密和 非对称加密 两种形式。对称加密
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。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。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。加密分组
分组模式 的概念，对于 GCM 分组模式，只有和 AES，CAMELLIA 和 ARIA 搭配使用，而 AES 显然是最受欢迎和部署最广泛的选择，它可以让算法用固定长度的密钥加密任意长度的明文。AEAD（Authenticated Encryption with Associated Data），在加密的同时增加了认证的功能，常用的是 GCM、CCM 和 Poly1305。ECDHE_ECDSA_AES128_GCM_SHA256 ，表示的是具有 128 位密钥， AES256 将表示 256 位密钥。GCM 表示具有 128 位块的分组密码的现代认证的关联数据加密（AEAD）操作模式。密钥，也就是说，加密方必须对原始数据进行加密，然后再把密钥交给解密方进行解密，然后才能解密数据，这就会造成什么问题？这就好比《小兵张嘎》去送信（信已经被加密过），但是嘎子还拿着解密的密码，那嘎子要是在途中被鬼子发现了，那这信可就是被完全的暴露了。所以，对称加密存在风险。非对称加密
非对称加密(Asymmetrical Encryption) 也被称为公钥加密，相对于对称加密来说，非对称加密是一种新的改良加密方式。密钥通过网络传输交换，它能够确保及时密钥被拦截，也不会暴露数据信息。非对称加密中有两个密钥，一个是公钥，一个是私钥，公钥进行加密，私钥进行解密。公开密钥可供任何人使用，私钥只有你自己能够知道。密钥交换的问题。网站保管私钥，在网上任意分发公钥，你想要登录网站只要用公钥加密就行了，密文只能由私钥持有者才能解密。而黑客因为没有私钥，所以就无法破解密文。RSA 加密算法是最重要的、最出名的一个了。例如 DHE_RSA_CAMELLIA128_GCM_SHA256。它的安全性基于 整数分解，使用两个超大素数的乘积作为生成密钥的材料，想要从公钥推算出私钥是非常困难的。ECC（Elliptic Curve Cryptography）也是非对称加密算法的一种，它基于椭圆曲线离散对数的数学难题，使用特定的曲线方程和基点生成公钥和私钥， ECDHE 用于密钥交换，ECDSA 用于数字签名。对称加密和非对称加密 的混合加密方式来实现机密性。混合加密
混合加密方式。在通信刚开始的时候使用非对称算法，比如 RSA、ECDHE ，首先解决密钥交换的问题。然后用随机数产生对称算法使用的会话密钥（session key），再用公钥加密。对方拿到密文后用私钥解密，取出会话密钥。这样，双方就实现了对称密钥的安全交换。完整性、身份认证的特性，才能实现真正的安全。而实现完整性的主要手段是 摘要算法(Digest Algorithm)摘要算法
摘要算法(Digest Algorithm)。摘要算法你不清楚的话，MD5 你应该清楚，MD5 的全称是 Message Digest Algorithm 5，它是属于密码哈希算法(cryptographic hash algorithm)的一种，MD5 可用于从任意长度的字符串创建 128 位字符串值。尽管 MD5 存在不安全因素，但是仍然沿用至今。MD5 最常用于验证文件的完整性。但是，它还用于其他安全协议和应用程序中，例如 SSH、SSL 和 IPSec。一些应用程序通过向明文加盐值或多次应用哈希函数来增强 MD5 算法。什么是加盐？在密码学中， 盐就是一项随机数据，用作哈希数据，密码或密码的单向函数的附加输入。盐用于保护存储中的密码。例如什么是单向？就是在说这种算法没有密钥可以进行解密，只能进行单向加密，加密后的数据无法解密，不能逆推出原文。
压缩成一种固定长度的字符串，这就好像是给数据加了一把锁。SHA-1(Secure Hash Algorithm 1) 也是一种常用的加密算法，不过 SHA-1 也是不安全的加密算法，在 TLS 里面被禁止使用。目前 TLS 推荐使用的是 SHA-1 的后继者：SHA-2。Secure Hash Algorithm 2 ，它在 2001 年被推出，它在 SHA-1 的基础上做了重大的修改，SHA-2 系列包含六个哈希函数，其摘要（哈希值）分别为 224、256、384 或 512 位：SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512。分别能够生成 28 字节、32 字节、48 字节、64 字节的摘要。HMAC，在理解什么是 HMAC 前，你需要先知道一下什么是 MAC。message authentication code，它通过 MAC 算法从消息和密钥生成，MAC 值允许验证者（也拥有秘密密钥）检测到消息内容的任何更改，从而保护了消息的数据完整性。认证，认证怎么做的呢？我们在向服务器发送数据的过程中，黑客（攻击者）有可能伪装成任何一方来窃取信息。它可以伪装成你，来向服务器发送信息，也可以伪装称为服务器，接受你发送的信息。那么怎么解决这个问题呢？认证
数字签名，从而实现认证。CA，CA 的全称是 Certificate Authority，证书认证机构，你必须让 CA 颁布具有认证过的公钥，才能解决公钥的信任问题。签名请求（CSR）组成的密钥对。CSR是一个编码的文本文件，其中包含公钥和其他将包含在证书中的信息（例如域名，组织，电子邮件地址等）。密钥对和 CSR生成通常在将要安装证书的服务器上完成，并且 CSR 中包含的信息类型取决于证书的验证级别。与公钥不同，申请人的私钥是安全的，永远不要向 CA（或其他任何人）展示。