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來源：8rr.co/stqK
當(dāng)你打開瀏覽器，訪問某個(gè)網(wǎng)站，如果網(wǎng)址旁有個(gè)小鎖，代表訪問的網(wǎng)址是安全的，反之不安全。當(dāng)我們沒有看到那個(gè)小鎖的小圖標(biāo)的時(shí)候，需要提高警惕，不要隨意輸入個(gè)人重要的資料。所有的銀行和支付相關(guān)的網(wǎng)站都是 100% 使用 HTTPS 的。

為什么需要 HTTPS？

我們?yōu)槭裁葱枰?HTTPS？主要有如下三個(gè)原因：

①保護(hù)隱私（Privacy）：所有信息都是加密傳播，第三方無法竊聽數(shù)據(jù)。如果使用 HTTP 明文傳輸數(shù)據(jù)的話，很可能被第三方劫持?jǐn)?shù)據(jù)，那么所輸入的密碼或者其他個(gè)人資料都被暴露在他人面前，后果可想而知。

②數(shù)據(jù)完整性（Integraty）：一旦第三方篡改了數(shù)據(jù)，接收方會(huì)知道數(shù)據(jù)經(jīng)過了篡改，這樣便保證了數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被篡改——數(shù)據(jù)的完整性。

③身份認(rèn)證（Identification）：第三方不可能冒充身份參與通信，因?yàn)榉?wù)器配備了由證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)（Certificate Authority，簡稱 CA）頒發(fā)的安全證書，可以證實(shí)服務(wù)器的身份信息，防止第三方冒充身份。

也有少數(shù)情況下，通信需要客戶端提供證書，例如銀行系統(tǒng)，需要用戶在登錄的時(shí)候，插入銀行提供給用戶的 USB，就是需要客戶端提供證書，用來驗(yàn)證客戶的身份信息。

HTTPS 是什么？SSL/TLS 是什么？

HTTP 協(xié)議（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）是大家最熟悉的一種協(xié)議，它是一個(gè)用于傳輸超媒體文檔的協(xié)議，它位于 OSI 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型的應(yīng)用層。

但是它是明文傳輸協(xié)議，是非常不安全的，容易被人篡改和竊取數(shù)據(jù)。

SSL（Secure Socket Layer）——網(wǎng)景（Netscape）公司設(shè)計(jì)的主要用于 Web 的安全傳輸協(xié)議。
它位于 TCP 傳輸層協(xié)議和應(yīng)用層協(xié)議之間。（它沒有被劃分在 OSI 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型中，且認(rèn)為它是應(yīng)用層的子層。）
眾所周知，網(wǎng)景公司 20 世紀(jì) 90 年代在和微軟的競爭中最終敗下陣來，之后網(wǎng)景公司將 SSL 協(xié)議的管理權(quán)轉(zhuǎn)交給 IETF（Internet Engineering Task Force, www.ietf.org）。

于是 IETF 將 SSL 作了標(biāo)準(zhǔn)化，重新命名為 TLS（Transport Layer Security）。在 1999 年，TLS 1.0 誕生了（其實(shí)也就是 SSL 3.1）。

HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure）是建立在 SSL/TLS 協(xié)議之上，信息通信通過 SSL/TLS 進(jìn)行加密，最后一個(gè) S 就是 Secure 的縮寫，代表安全的意思，HTTPS = HTTP+SSL/TLS。

SSL/TLS?發(fā)展史

SSL/TLS 發(fā)展史如上圖：

實(shí)際上現(xiàn)代的瀏覽器已經(jīng)基本不使用 SSL，使用的都是 TLS，SSL 3.0 于 2015 年已經(jīng)壽終正寢，各大瀏覽器也不支持了。

但是由于 SSL 這個(gè)術(shù)語存在的時(shí)間太長，很多地方還是廣泛的使用它，但是要清楚其實(shí)它說的是 TLS。

有調(diào)查顯示現(xiàn)在絕大部分瀏覽器（>99.5%）都使用 TLS 1.2 或者 TLS 1.3。只有不足 1% 的瀏覽器仍然使用 TLS 1.0 或者 TLS 1.1。

TLS 1.2 仍然是主流協(xié)議（本文寫于 2020 年初），相信將來逐漸 TLS 1.3 將會(huì)作為主流協(xié)議。

很多瀏覽器將會(huì)開始不支持 TLS 1.0 和 1.1：

Google 將在 Chrome 72 中不推薦使用 TLS 1.0 和 1.1，而 Chrome 81 之后將會(huì)完全不支持。
Mozilla 的 Firefox，微軟的 Edge 和 IE 以及蘋果的 Safari 都會(huì)分別于 2020 年逐漸移除對 TLS 1.0 和 1.1 的支持。

那么一些還在使用 TLS 1.0 和 1.1 的網(wǎng)站就得被迫升級到 TLS 1.2 或者 TLS 1.3。

要關(guān)閉瀏覽器對 TLS 1.0 和 1.1 的支持，可以在 Internet 選項(xiàng)中修改：

SSL/TLS?的工作原理

需要理解 SSL/TLS 的工作原理，我們需要掌握加密算法。

加密算法有兩種：

對稱加密
非對稱加密

對稱加密：通信雙方使用相同的密鑰進(jìn)行加密。特點(diǎn)是加密速度快，但是缺點(diǎn)是需要保護(hù)好密鑰，如果密鑰泄露的話，那么加密就會(huì)被別人破解。常見的對稱加密有 AES，DES 算法。

非對稱加密：它需要生成兩個(gè)密鑰：公鑰（Public Key）和私鑰（Private Key）。

公鑰顧名思義是公開的，任何人都可以獲得，而私鑰是私人保管的，相信大多程序員已經(jīng)對這種算法很熟悉了。

我們提交代碼到 Github 的時(shí)候，就可以使用 SSH key：在本地生成私鑰和公鑰，私鑰放在本地 .ssh 目錄中，公鑰放在 Github 網(wǎng)站上。

這樣每次提交代碼，不用麻煩的輸入用戶名和密碼了，Github 會(huì)根據(jù)網(wǎng)站上存儲(chǔ)的公鑰來識別我們的身份。公鑰負(fù)責(zé)加密，私鑰負(fù)責(zé)解密；或者，私鑰負(fù)責(zé)加密，公鑰負(fù)責(zé)解密。
這種加密算法安全性更高，但是計(jì)算量相比對稱加密大很多，加密和解密都很慢。

常見的非對稱算法有 RSA。SSL/TLS 是利用了對稱加密和非對稱加密的特點(diǎn)。

先來看下整個(gè) SSL/TLS 的握手過程，之后我們再分步驟詳細(xì)解讀，每一步都干了些什么。

①當(dāng) TCP 建立連接之后，TLS 握手的第一步由客戶端發(fā)起，發(fā)送 ClientHello 的消息到服務(wù)器。

ClientHello 消息包含：

客戶端支持的 SSL/TLS 版本
客戶端支持的加密套件（Cipher Suites）
會(huì)話 Idsession id（如果有的值的話，服務(wù)器端會(huì)復(fù)用對應(yīng)的握手信息，避免短時(shí)間內(nèi)重復(fù)握手）
隨機(jī)數(shù) client-random

延伸閱讀：

加密套件名如：“TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA256”，這么長的名字看著有點(diǎn)暈吧，不用怕，其實(shí)它的命名非常規(guī)范，格式很固定?；镜男问绞恰懊荑€交換算法-服務(wù)身份驗(yàn)證算法-對稱加密算法-握手校驗(yàn)算法”。

握手過程中，證書簽名使用的 RSA 算法，如果證書驗(yàn)證正確，再使用 ECDHE 算法進(jìn)行密鑰交換，握手后的通信使用的是 AES256 的對稱算法分組模式是 GCM。

驗(yàn)證證書簽名合法性使用 SHA256 作哈希算法檢驗(yàn)。相關(guān)的算法的用處將在后文中詳解。

②然后服務(wù)器端在收到這個(gè) ClientHello，從中選擇服務(wù)器支持的版本和套件，發(fā)送 ServerHello 消息：

服務(wù)器所能支持的最高 SSL/TLS 版本
服務(wù)器選擇的加密套件
隨機(jī)數(shù) server-random
會(huì)話 Idsession id（用于下次復(fù)用當(dāng)前握手的信息，避免短時(shí)間內(nèi)重復(fù)握手。）

隨后服務(wù)器發(fā)送服務(wù)器的安全證書(含公鑰)。如果需要客戶端也提供證書的話，還會(huì)發(fā)出客戶端證書請求（Client Certificate Request），只有少數(shù)金融機(jī)構(gòu)才需要客戶端也提供客戶端證書。

此后客戶端發(fā)送 Server Hello Done 消息表示 Hello 階段完成。

③客戶端收到 ServerHello 后，會(huì)對收到的證書進(jìn)行驗(yàn)證。

我們來看一下為什么可以通過 CA（Certificate Authority，證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)）簽發(fā)的證書來確認(rèn)網(wǎng)站的身份？

當(dāng)我們安裝操作系統(tǒng)或者瀏覽器的時(shí)候，會(huì)安裝一組可信任的 CA（根證書 CA 包括 GlobalSign、GeoTrust、Verisign 等）列表。

根 CA 如 GlobalSign 就在我們的可信任的 CA 列表里，你的瀏覽器或者操作系統(tǒng)含有 GlobalSign 的公鑰。

先來看一下 Google 的證書，當(dāng)你訪問 Google 的時(shí)候，Google 會(huì)發(fā)給你它的證書。證書中包含頒發(fā)機(jī)構(gòu)的簽名以及服務(wù)器的公鑰。

瀏覽器首先用哈希函數(shù)對明文信息的摘要做哈希得到一個(gè)哈希值（用到的就是證書中的簽名哈希算法 SHA256），然后用根 CA 的公鑰對根證書的簽名作解密得到另一個(gè)哈希值（用到的算法就是 RSA 非對稱算法）。

如果兩個(gè)哈希值相等則說明證書沒有被篡改過。當(dāng)然還需校驗(yàn)證書中服務(wù)器名稱是否合法以及驗(yàn)證證書是否過期。

這樣就免受中間人攻擊了，因?yàn)榧偃缬兄虚g人修改了證書的內(nèi)容（如將證書中的公鑰替換成自己的公鑰），那么將獲得不同的哈希值，從而兩個(gè)哈希值不匹配導(dǎo)致驗(yàn)證失敗。

如果要繞過這個(gè)機(jī)制，中間人必須要也替換簽名，使簽名也相匹配。而做到這一點(diǎn)就需要破解到了根證書的密鑰（而這是不可能的，中間人必然會(huì)失?。?。

瀏覽器會(huì)出現(xiàn)以下畫面，告訴你正在遭受中間人攻擊，因?yàn)樽C書被篡改了：

那聰明的你肯定也想到了，如果你開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)還在測試階段，還沒有正式申請一張證書，那么你可以為服務(wù)器自簽名一張證書，然后將證書導(dǎo)入客戶端的 CA 信任列表中。

信任鏈機(jī)制如下圖：

可以看到證書路徑是：?

GlobalSign Root CA-R2→GTS CA 1O1→*.google.com

因?yàn)槲覀兊臑g覽器信任 GlobalSign Root CA，根據(jù)信任鏈機(jī)制，你相信了根 CA 頒發(fā)的證書，也要相信它簽名的子 CA 頒發(fā)的證書，也要相信子 CA 簽名的子子 CA 的證書。

而我們通過一級級的校驗(yàn)，如果從根證書到最下層的證書都沒有被篡改過，我們就相信最下層的這個(gè)服務(wù)器證書是合法的。所以在這個(gè)機(jī)制中，你就需要無條件的相信根證書的頒發(fā)機(jī)構(gòu)。

如果通過驗(yàn)證，客戶端生成一個(gè)隨機(jī)數(shù) pre-master，用于密鑰交換過程。

④密鑰交換過程：客戶端用第三步中服務(wù)器的證書中拿到服務(wù)器的公鑰，用這個(gè)公鑰加密（算法是加密套件中的密鑰交換算法，譬如 ECDHE 算法）生成密文發(fā)送給服務(wù)器。

⑤客戶端用 server-random+client-random+pre-master 一起計(jì)算出對稱密鑰 master secret。

⑥服務(wù)器收到第四步的信息之后，用服務(wù)器的私鑰對密文進(jìn)行解密得到密鑰 pre-master。

因?yàn)橹挥蟹?wù)器有私鑰，可以針對客戶端發(fā)出的加密過的信息進(jìn)行解密得到 pre-master，這樣就保證了只有服務(wù)器和客戶端知道 pre-master。

服務(wù)器端也可以用 server-random+client-random+pre-master 一起計(jì)算出對稱密鑰 master secret。

現(xiàn)在客戶端和服務(wù)器均有密鑰 master secret 了，后面就可以用它來進(jìn)行加密和解密了。

為什么不能只用一個(gè) pre-master 作為之后加密的對稱密鑰？

雖然只有服務(wù)器有私鑰，能夠解密 pre-master 呀，但僅用它作為 master secret 是不夠安全的，這是因?yàn)橐苑揽蛻舳说?pre-master 并不是隨機(jī)數(shù)的情況。

加上另外兩個(gè)隨機(jī)數(shù) client-random 以及 server-random（而這兩個(gè)隨機(jī)數(shù)和時(shí)間有相關(guān)性），這樣就能保證最后生成的 master secret 一定是隨機(jī)數(shù)。

⑦客戶端用 master secret 加密了一條握手完成的消息發(fā)送給服務(wù)器。

⑧服務(wù)器端也回發(fā)了一條用 master secret 加密的握手完成的消息。

⑨當(dāng)兩方都收到對方發(fā)送的握手消息之后，也成功解密后，就可以用 master secret 愉快的開始數(shù)據(jù)加密和解密了。

綜上，整個(gè)握手過程主要是通過一系列步驟通過非對稱加密的算法交換得到了 master secret，這個(gè)步驟通常需要幾百毫秒，但是就是這一頓猛操作之后使得只有服務(wù)器和客戶端知道 master secret。

之后的通信又利用了高效的對稱算法對所有信息進(jìn)行加密和解密，雖然加密和解密也需要耗時(shí)耗流量，不過信息是完全不可能被別人篡改和破解的，這一點(diǎn)損耗還是值得的。

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SSL/TLS 發(fā)展史如上圖：