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HTTPS是如何確保安全的？

發(fā)表日期：2017-04 文章編輯：小燈瀏覽次數(shù)：2471

什么是HTTPS

HTTPS（全稱：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全為目標的HTTP通道，簡單講是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL層，HTTPS的安全基礎(chǔ)是SSL，因此加密的詳細內(nèi)容就需要SSL。

HTTPS的作用

內(nèi)容加密，建立一個信息安全通道，來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

身份認證，確認網(wǎng)站的真實性。

數(shù)據(jù)完整性，防止內(nèi)容被第三方冒充或者篡改。

HTTPS和HTTP的區(qū)別

HTTPS協(xié)議需要到CA申請證書。

HTTP是超文本傳輸協(xié)議，信息是明文傳輸；HTTPS則是具有安全性的SSL加密傳輸協(xié)議。

HTTP和HTTPS使用的是完全不同的連接方式。

HTTP默認使用80端口，HTTPS默認使用443端口。

HTTP的連接很簡單，是無狀態(tài)的。HTTPS協(xié)議是由SSL+HTTP協(xié)議構(gòu)建的可進行加密傳輸、身份認證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比HTTP協(xié)議安全。

下面就是HTTPS的整個架構(gòu)，現(xiàn)在的HTTPS基本都使用TLS了，因為更加安全，所以下圖中的SSL應(yīng)該換為SSL/TLS。

HTTPS層次結(jié)構(gòu)

HTTPS層次結(jié)構(gòu)

對稱加密

對稱加密(也叫私鑰加密)指加密和解密使用相同密鑰的加密算法。有時又叫傳統(tǒng)密碼算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，同時解密密鑰也可以從加密密鑰中推算出來。而在大多數(shù)的對稱算法中，加密密鑰和解密密鑰是相同的，所以也稱這種加密算法為秘密密鑰算法或單密鑰算法。

常見的對稱加密有：DES（Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）、RC4、IDEA。

非對稱加密

與對稱加密算法不同，非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰（publickey）和私有密鑰（privatekey）；并且加密密鑰和解密密鑰是成對出現(xiàn)的。非對稱加密算法在加密和解密過程使用了不同的密鑰，非對稱加密也稱為公鑰加密，在密鑰對中，其中一個密鑰是對外公開的，所有人都可以獲取到，稱為公鑰，其中一個密鑰是不公開的稱為私鑰。

非對稱加密算法對加密內(nèi)容的長度有限制，不能超過公鑰長度。比如現(xiàn)在常用的公鑰長度是 2048 位，意味著待加密內(nèi)容不能超過 256 個字節(jié)。

摘要算法

數(shù)字摘要是采用單項Hash函數(shù)將需要加密的明文“摘要”成一串固定長度（128位）的密文，這一串密文又稱為數(shù)字指紋，它有固定的長度，而且不同的明文摘要成密文，其結(jié)果總是不同的，而同樣的明文其摘要必定一致。“數(shù)字摘要“是HTTPS能確保數(shù)據(jù)完整性和防篡改的根本原因。

數(shù)字簽名

數(shù)字簽名技術(shù)就是對“非對稱密鑰加解密”和“數(shù)字摘要“兩項技術(shù)的應(yīng)用，它將摘要信息用發(fā)送者的私鑰加密，與原文一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送者的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然后用HASH函數(shù)對收到的原文產(chǎn)生一個摘要信息，與解密的摘要信息對比。如果相同，則說明收到的信息是完整的，在傳輸過程中沒有被修改，否則說明信息被修改過，因此數(shù)字簽名能夠驗證信息的完整性。數(shù)字簽名的過程如下：明文 --> hash運算 --> 摘要 --> 私鑰加密 --> 數(shù)字簽名。

數(shù)字簽名有兩種功效：

能確定消息確實是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來的，因為別人假冒不了發(fā)送方的簽名。

數(shù)字簽名能確定消息的完整性。

注意：數(shù)字簽名只能驗證數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)本身是否加密不屬于數(shù)字簽名的控制范圍。

數(shù)字證書

為什么要有數(shù)字證書？

對于請求方來說，它怎么能確定它所得到的公鑰一定是從目標主機那里發(fā)布的，而且沒有被篡改過呢？亦或者請求的目標主機本本身就從事竊取用戶信息的不正當行為呢？這時候，我們需要有一個權(quán)威的值得信賴的第三方機構(gòu)（一般是由政府審核并授權(quán)的機構(gòu)）來統(tǒng)一對外發(fā)放主機機構(gòu)的公鑰，只要請求方這種機構(gòu)獲取公鑰，就避免了上述問題的發(fā)生。

數(shù)字證書的頒發(fā)過程

用戶首先產(chǎn)生自己的密鑰對，并將公共密鑰及部分個人身份信息傳送給認證中心。認證中心在核實身份后，將執(zhí)行一些必要的步驟，以確信請求確實由用戶發(fā)送而來，然后，認證中心將發(fā)給用戶一個數(shù)字證書，該證書內(nèi)包含用戶的個人信息和他的公鑰信息，同時還附有認證中心的簽名信息（根證書私鑰簽名）。用戶就可以使用自己的數(shù)字證書進行相關(guān)的各種活動。數(shù)字證書由獨立的證書發(fā)行機構(gòu)發(fā)布，數(shù)字證書各不相同，每種證書可提供不同級別的可信度。

證書包含哪些內(nèi)容

證書頒發(fā)機構(gòu)的名稱。

證書本身的數(shù)字簽名。

證書持有者公鑰。

證書簽名用到的Hash算法。

驗證證書的有效性

瀏覽器默認都會內(nèi)置CA根證書，其中根證書包含了CA的公鑰：

證書頒發(fā)的機構(gòu)是偽造的：瀏覽器不認識，直接認為是危險證書

證書頒發(fā)的機構(gòu)是確實存在的，于是根據(jù)CA名，找到對應(yīng)內(nèi)置的CA根證書、CA的公鑰。用CA的公鑰，對偽造的證書的摘要進行解密，發(fā)現(xiàn)解不了，認為是危險證書。

對于篡改的證書，使用CA的公鑰對數(shù)字簽名進行解密得到摘要A，然后再根據(jù)簽名的Hash算法計算出證書的摘要B，對比A與B，若相等則正常，若不相等則是被篡改過的。

證書可在其過期前被吊銷，通常情況是該證書的私鑰已經(jīng)失密。較新的瀏覽器如Chrome、Firefox、Opera和Internet Explorer都實現(xiàn)了在線證書狀態(tài)協(xié)議（OCSP）以排除這種情形：瀏覽器將網(wǎng)站提供的證書的序列號通過OCSP發(fā)送給證書頒發(fā)機構(gòu)，后者會告訴瀏覽器證書是否還是有效的。

1、2點是對偽造證書進行的，3是對于篡改后的證書驗證，4是對于過期失效的驗證。

SSL 與 TLS

SSL (Secure Socket Layer，安全套接層)。

SSL為Netscape所研發(fā)，用以保障在Internet上數(shù)據(jù)傳輸之安全，利用數(shù)據(jù)加密(Encryption)技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上之傳輸過程中不會被截取，當前為3.0版本。

SSL協(xié)議可分為兩層：SSL記錄協(xié)議（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的傳輸協(xié)議（如TCP）之上，為高層協(xié)議提供數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密等基本功能的支持。 SSL握手協(xié)議（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL記錄協(xié)議之上，用于在實際的數(shù)據(jù)傳輸開始前，通訊雙方進行身份認證、協(xié)商加密算法、交換加密密鑰等。

TLS (Transport Layer Security，傳輸層安全協(xié)議)

用于兩個應(yīng)用程序之間提供保密性和數(shù)據(jù)完整性。 TLS 1.0是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務(wù)組）制定的一種新的協(xié)議，它建立在SSL 3.0協(xié)議規(guī)范之上，是SSL 3.0的后續(xù)版本，可以理解為SSL 3.1，它是寫入了 RFC 的。該協(xié)議由兩層組成： TLS 記錄協(xié)議（TLS Record）和 TLS 握手協(xié)議（TLS Handshake）。較低的層為 TLS 記錄協(xié)議，位于某個可靠的傳輸協(xié)議（例如 TCP）上面。

SSL/TLS協(xié)議作用：

認證用戶和服務(wù)器，確保數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的客戶機和服務(wù)器。

加密數(shù)據(jù)以防止數(shù)據(jù)中途被竊取。

維護數(shù)據(jù)的完整性，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被改變。

TLS比SSL的優(yōu)勢

對于消息認證使用密鑰散列法：TLS 使用“消息認證代碼的密鑰散列法”（HMAC），當記錄在開放的網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)）上傳送時，該代碼確保記錄不會被變更。SSLv3.0還提供鍵控消息認證，但HMAC比SSLv3.0使用的（消息認證代碼）MAC 功能更安全。

增強的偽隨機功能（PRF）：PRF生成密鑰數(shù)據(jù)。在TLS中，HMAC定義PRF。PRF使用兩種散列算法保證其安全性。如果任一算法暴露了，只要第二種算法未暴露，則數(shù)據(jù)仍然是安全的。

改進的已完成消息驗證：TLS和SSLv3.0都對兩個端點提供已完成的消息，該消息認證交換的消息沒有被變更。然而，TLS將此已完成消息基于PRF和HMAC值之上，這也比SSLv3.0更安全。

一致證書處理：與SSLv3.0不同，TLS試圖指定必須在TLS之間實現(xiàn)交換的證書類型。

特定警報消息：TLS提供更多的特定和附加警報，以指示任一會話端點檢測到的問題。TLS還對何時應(yīng)該發(fā)送某些警報進行記錄。

SSL、TLS的握手過程

SSL與TLS握手整個過程如下圖所示，下面會詳細介紹每一步的具體內(nèi)容：

SSL、TLS的握手流程圖

HTTPS握手流程圖

客戶端首次發(fā)出請求

由于客戶端(如瀏覽器)對一些加解密算法的支持程度不一樣，但是在TLS協(xié)議傳輸過程中必須使用同一套加解密算法才能保證數(shù)據(jù)能夠正常的加解密。在TLS握手階段，客戶端首先要告知服務(wù)端，自己支持哪些加密算法，所以客戶端需要將本地支持的加密套件(Cipher Suite)的列表傳送給服務(wù)端。除此之外，客戶端還要產(chǎn)生一個隨機數(shù)，這個隨機數(shù)一方面需要在客戶端保存，另一方面需要傳送給服務(wù)端，客戶端的隨機數(shù)需要跟服務(wù)端產(chǎn)生的隨機數(shù)結(jié)合起來產(chǎn)生后面要講到的 Master Secret 。

客戶端需要提供如下信息：

支持的協(xié)議版本，比如TLS 1.0版。

一個客戶端生成的隨機數(shù)，稍后用于生成”對話密鑰”。

支持的加密方法，比如RSA公鑰加密。

支持的壓縮方法。

服務(wù)端首次回應(yīng)

服務(wù)端在接收到客戶端的Client Hello之后，服務(wù)端需要確定加密協(xié)議的版本，以及加密的算法，然后也生成一個隨機數(shù)，以及將自己的證書發(fā)送給客戶端一并發(fā)送給客戶端，這里的隨機數(shù)是整個過程的第二個隨機數(shù)。

服務(wù)端需要提供的信息：

協(xié)議的版本

加密的算法

隨機數(shù)

服務(wù)器證書

客戶端再次回應(yīng)

客戶端首先會對服務(wù)器下發(fā)的證書進行驗證，驗證通過之后，則會繼續(xù)下面的操作，客戶端再次產(chǎn)生一個隨機數(shù)（第三個隨機數(shù)），然后使用服務(wù)器證書中的公鑰進行加密，以及放一個ChangeCipherSpec消息即編碼改變的消息，還有整個前面所有消息的hash值，進行服務(wù)器驗證，然后用新秘鑰加密一段數(shù)據(jù)一并發(fā)送到服務(wù)器，確保正式通信前無誤。

客戶端使用前面的兩個隨機數(shù)以及剛剛新生成的新隨機數(shù)，使用與服務(wù)器確定的加密算法，生成一個Session Secret。

ChangeCipherSpec

ChangeCipherSpec是一個獨立的協(xié)議，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)包中就是一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，用于告知服務(wù)端，客戶端已經(jīng)切換到之前協(xié)商好的加密套件（Cipher Suite）的狀態(tài)，準備使用之前協(xié)商好的加密套件加密數(shù)據(jù)并傳輸了。

服務(wù)器再次響應(yīng)

服務(wù)端在接收到客戶端傳過來的第三個隨機數(shù)的加密數(shù)據(jù)之后，使用私鑰對這段加密數(shù)據(jù)進行解密，并對數(shù)據(jù)進行驗證，也會使用跟客戶端同樣的方式生成秘鑰，一切準備好之后，也會給客戶端發(fā)送一個 ChangeCipherSpec，告知客戶端已經(jīng)切換到協(xié)商過的加密套件狀態(tài)，準備使用加密套件和 Session Secret加密數(shù)據(jù)了。之后，服務(wù)端也會使用 Session Secret 加密一段 Finish 消息發(fā)送給客戶端，以驗證之前通過握手建立起來的加解密通道是否成功。

后續(xù)客戶端與服務(wù)器間通信

確定秘鑰之后，服務(wù)器與客戶端之間就會通過商定的秘鑰加密消息了，進行通訊了。整個握手過程也就基本完成了。

值得特別提出的是： SSL協(xié)議在握手階段使用的是非對稱加密，在傳輸階段使用的是對稱加密，也就是說在SSL上傳送的數(shù)據(jù)是使用對稱密鑰加密的！因為非對稱加密的速度緩慢，耗費資源。其實當客戶端和主機使用非對稱加密方式建立連接后，客戶端和主機已經(jīng)決定好了在傳輸過程使用的對稱加密算法和關(guān)鍵的對稱加密密鑰，由于這個過程本身是安全可靠的，也即對稱加密密鑰是不可能被竊取盜用的，因此，保證了在傳輸過程中對數(shù)據(jù)進行對稱加密也是安全可靠的，因為除了客戶端和主機之外，不可能有第三方竊取并解密出對稱加密密鑰！如果有人竊聽通信，他可以知道雙方選擇的加密方法，以及三個隨機數(shù)中的兩個。整個通話的安全，只取決于第三個隨機數(shù)（Premaster secret）能不能被破解。

其他補充

對于非常重要的保密數(shù)據(jù)，服務(wù)端還需要對客戶端進行驗證，以保證數(shù)據(jù)傳送給了安全的合法的客戶端。服務(wù)端可以向客戶端發(fā)出 Cerficate Request 消息，要求客戶端發(fā)送證書對客戶端的合法性進行驗證。比如，金融機構(gòu)往往只允許認證客戶連入自己的網(wǎng)絡(luò)，就會向正式客戶提供USB密鑰，里面就包含了一張客戶端證書。

PreMaster secret前兩個字節(jié)是TLS的版本號，這是一個比較重要的用來核對握手數(shù)據(jù)的版本號，因為在Client Hello階段，客戶端會發(fā)送一份加密套件列表和當前支持的SSL/TLS的版本號給服務(wù)端，而且是使用明文傳送的，如果握手的數(shù)據(jù)包被破解之后，攻擊者很有可能串改數(shù)據(jù)包，選擇一個安全性較低的加密套件和版本給服務(wù)端，從而對數(shù)據(jù)進行破解。所以，服務(wù)端需要對密文中解密出來對的PreMaster版本號跟之前Client Hello階段的版本號進行對比，如果版本號變低，則說明被串改，則立即停止發(fā)送任何消息。

session的恢復

有兩種方法可以恢復原來的session：一種叫做session ID，另一種叫做session ticket。

session ID

session ID的思想很簡單，就是每一次對話都有一個編號（session ID）。如果對話中斷，下次重連的時候，只要客戶端給出這個編號，且服務(wù)器有這個編號的記錄，雙方就可以重新使用已有的”對話密鑰”，而不必重新生成一把。

session ID是目前所有瀏覽器都支持的方法，但是它的缺點在于session ID往往只保留在一臺服務(wù)器上。所以，如果客戶端的請求發(fā)到另一臺服務(wù)器，就無法恢復對話

session ticket

客戶端發(fā)送一個服務(wù)器在上一次對話中發(fā)送過來的session ticket。這個session ticket是加密的，只有服務(wù)器才能解密，其中包括本次對話的主要信息，比如對話密鑰和加密方法。當服務(wù)器收到session ticket以后，解密后就不必重新生成對話密鑰了。

目前只有Firefox和Chrome瀏覽器支持。

總結(jié)

https實際就是在TCP層與http層之間加入了SSL/TLS來為上層的安全保駕護航，主要用到對稱加密、非對稱加密、證書，等技術(shù)進行客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)加密傳輸，最終達到保證整個通信的安全性。

如何部署https加密

加密App及網(wǎng)頁通訊可確保使用者信息安全，越來越多的網(wǎng)站已經(jīng)開始使用更安全的https加密傳輸協(xié)議。因此任何新站點或新的web應(yīng)用都應(yīng)該上線前啟用https加密，確保用戶體驗和業(yè)務(wù)未受影響。使用https協(xié)議就意味著需要在服務(wù)器上部署SSL證書。

為你的網(wǎng)站和應(yīng)用啟用https加密，需要使用全球信任的SSL證書，即根證書內(nèi)置在所有平臺的證書，并且選擇國際化的CA，可以保證長久提供穩(wěn)定、可靠、安全的SSL數(shù)字證書服務(wù)。

亞洲誠信是賽門鐵克（Symantec）亞太區(qū)首席安全技術(shù)專家戰(zhàn)略合作伙伴，提供國際知名的Symantec SSL證書可滿足ATS的各項要求，在SSL證書管理、監(jiān)控和風險評測等擁有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)解決方案和高效專業(yè)化的技術(shù)支持服務(wù)，能夠幫助用戶快捷且正確配置SSL證書。

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