https 真的安全嗎？可以抓包嗎？如何防止抓包？
前言
轉(zhuǎn)眼間，2020 年已過去一大半了，2020 年很難，各企業(yè)裁員的消息蠻多的，降職，不發(fā)年終獎等等。2020 年確實(shí)是艱難的一年。然而生活總是要繼續(xù)，時間不給你喪的機(jī)會！如果我們能堅(jiān)持下來，不斷提高自己，說不定會有新的機(jī)會。
面試中，網(wǎng)絡(luò)（http， https， tcp， udp）， jvm， 類加載機(jī)制等這些基礎(chǔ)的知識點(diǎn)是高頻出現(xiàn)的，每個程序員都能說上好多。但不一定說到重點(diǎn)，以及理解背后的原理。
我在面試的過程中也經(jīng)常被問到，于是總結(jié)記錄了下來。千萬不要小瞧這些基礎(chǔ)，有時候，你算法，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)都過了，但是基礎(chǔ)答得不太好。結(jié)果可能會通過，但這肯定會影響你的評級，這是特別吃虧的。所以，不如花點(diǎn)時間背一下，理解一下背后的原理。
舉一個簡單的例子， https 連接過程是怎樣的，使用了了哪種加密方式，可以抓包嗎，怎樣防止抓包，你是否能夠?qū)Υ鹑缦隆?/p>
廢話不多說，開始進(jìn)入正文。
背景
我們知道，http 通信存在以下問題：
通信使用明文可能會被竊聽
不驗(yàn)證通信方的身份可能遭遇偽裝
無法證明報(bào)文的完整型，可能已遭篡改
使用 https 可以解決數(shù)據(jù)安全問題，但是你真的理解 https 嗎？
當(dāng)面試官連續(xù)對你發(fā)出靈魂追問的時候，你能對答如流嗎
什么是 https，為什么需要 https
https 的連接過程
https 的加密方式是怎樣的，對稱加密和非對稱加密，為什么要這樣設(shè)計(jì)？內(nèi)容傳輸為什么要使用對稱機(jī)密
https 是絕對安全的嗎
https 可以抓包嗎
如果你能對答自如，恭喜你，https 你已經(jīng)掌握得差不多了，足夠應(yīng)付面試了。
什么是 https
簡單來說， https 是 http + ssl，對 http 通信內(nèi)容進(jìn)行加密，是HTTP的安全版，是使用TLS/SSL加密的HTTP協(xié)議
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?/span>
身份認(rèn)證 確認(rèn)網(wǎng)站的真實(shí)性
數(shù)據(jù)完整性 防止內(nèi)容被第三方冒充或者篡改
什么是SSL
SSL 由 Netscape 公司于1994年創(chuàng)建，它旨在通過Web創(chuàng)建安全的Internet通信。它是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于加密瀏覽器和服務(wù)器之間的通信。它允許通過Internet安全輕松地傳輸賬號密碼、銀行卡、手機(jī)號等私密信息。
SSL證書就是遵守SSL協(xié)議，由受信任的CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的數(shù)字證書。
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：對稱加密和非對稱加密：
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會根據(jù)網(wǎng)站上存儲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。
https 的連接過程
https 的連接過程大概分為兩個階段，證書驗(yàn)證階段和數(shù)據(jù)傳輸階段
證書驗(yàn)證階段
大概分為三個步驟
瀏覽器發(fā)起請求
服務(wù)器接收到請求之后，會返回證書，包括公鑰
瀏覽器接收到證書之后，會檢驗(yàn)證書是否合法，不合法的話，會彈出告警提示（怎樣驗(yàn)證合法，下文會詳細(xì)解析，這里先忽略）
數(shù)據(jù)傳輸階段
證書驗(yàn)證合法之后
瀏覽器會生成一個隨機(jī)數(shù)，
使用公鑰進(jìn)行加密，發(fā)送給服務(wù)端
服務(wù)器收到瀏覽器發(fā)來的值，使用私鑰進(jìn)行解密
解析成功之后，使用對稱加密算法進(jìn)行加密，傳輸給客戶端
之后雙方通信就使用第一步生成的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密通信。
https 的加密方式是怎樣的，對稱加密和非對稱加密，為什么要這樣設(shè)計(jì)
從上面我們可以知道，https 加密是采用對稱加密和非對稱機(jī)密一起結(jié)合的。
在證書驗(yàn)證階段，使用非對稱加密。
在數(shù)據(jù)傳輸階段，使用對稱機(jī)密。
這樣設(shè)計(jì)有一個好處，能最大程度得兼顧安全效率。
在證書驗(yàn)證階段，使用非對稱加密，需要公鑰和私鑰，假如瀏覽器的公鑰泄漏了，我們還是能夠確保隨機(jī)數(shù)的安全，因?yàn)榧用艿臄?shù)據(jù)只有用私鑰才能解密。這樣能最大程度確保隨機(jī)數(shù)的安全。
在內(nèi)容傳輸階段，使用對稱機(jī)密，可以大大提高加解密的效率。
內(nèi)容傳輸為什么要使用對稱機(jī)密
對稱加密效率比較高
一對公私鑰只能實(shí)現(xiàn)單向的加解密。只有服務(wù)端保存了私鑰。如果使用非對稱機(jī)密，相當(dāng)于客戶端必須有自己的私鑰，這樣設(shè)計(jì)的話，每個客戶端都有自己的私鑰，這很明顯是不合理的，因?yàn)樗借€是需要申請的。
https 是絕對安全的嗎
不是絕對安全的，可以通過中間人攻擊。
什么是中間人攻擊
中間人攻擊是指攻擊者與通訊的兩端分別創(chuàng)建獨(dú)立的聯(lián)系，并交換其所收到的數(shù)據(jù)，使通訊的兩端認(rèn)為他們正在通過一個私密的連接與對方直接對話，但事實(shí)上整個會話都被攻擊者完全控制。
HTTPS 使用了 SSL 加密協(xié)議，是一種非常安全的機(jī)制，目前并沒有方法直接對這個協(xié)議進(jìn)行攻擊，一般都是在建立 SSL 連接時，攔截客戶端的請求，利用中間人獲取到 CA證書、非對稱加密的公鑰、對稱加密的密鑰；有了這些條件，就可以對請求和響應(yīng)進(jìn)行攔截和篡改。
過程原理：
本地請求被劫持（如DNS劫持等），所有請求均發(fā)送到中間人的服務(wù)器
中間人服務(wù)器返回中間人自己的證書
客戶端創(chuàng)建隨機(jī)數(shù)，通過中間人證書的公鑰對隨機(jī)數(shù)加密后傳送給中間人，然后憑隨機(jī)數(shù)構(gòu)造對稱加密對傳輸內(nèi)容進(jìn)行加密傳輸
中間人因?yàn)閾碛锌蛻舳说碾S機(jī)數(shù)，可以通過對稱加密算法進(jìn)行內(nèi)容解密
中間人以客戶端的請求內(nèi)容再向正規(guī)網(wǎng)站發(fā)起請求
因?yàn)橹虚g人與服務(wù)器的通信過程是合法的，正規(guī)網(wǎng)站通過建立的安全通道返回加密后的數(shù)據(jù)
中間人憑借與正規(guī)網(wǎng)站建立的對稱加密算法對內(nèi)容進(jìn)行解密
中間人通過與客戶端建立的對稱加密算法對正規(guī)內(nèi)容返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸
客戶端通過與中間人建立的對稱加密算法對返回結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行解密
由于缺少對證書的驗(yàn)證，所以客戶端雖然發(fā)起的是 HTTPS 請求，但客戶端完全不知道自己的網(wǎng)絡(luò)已被攔截，傳輸內(nèi)容被中間人全部竊取。
https 是如何防止中間人攻擊的
在https中需要證書，證書的作用是為了防止"中間人攻擊"的。如果有個中間人M攔截客戶端請求,然后M向客戶端提供自己的公鑰，M再向服務(wù)端請求公鑰,作為"中介者" 這樣客戶端和服務(wù)端都不知道,信息已經(jīng)被攔截獲取了。這時候就需要證明服務(wù)端的公鑰是正確的.
怎么證明呢?
就需要權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)來公正了.這個第三方機(jī)構(gòu)就是CA. 也就是說CA是專門對公鑰進(jìn)行認(rèn)證，進(jìn)行擔(dān)保的，也就是專門給公鑰做擔(dān)保的擔(dān)保公司。全球知名的CA也就100多個，這些CA都是全球都認(rèn)可的，比如VeriSign、GlobalSign等，國內(nèi)知名的CA有WoSign。
瀏覽器是如何確保CA證書的合法性？
一、證書包含什么信息？
頒發(fā)機(jī)構(gòu)信息、公鑰、公司信息、域名、有效期、指紋……
二、證書的合法性依據(jù)是什么？
首先，權(quán)威機(jī)構(gòu)是要有認(rèn)證的，不是隨便一個機(jī)構(gòu)都有資格頒發(fā)證書，不然也不叫做權(quán)威機(jī)構(gòu)。另外，證書的可信性基于信任制，權(quán)威機(jī)構(gòu)需要對其頒發(fā)的證書進(jìn)行信用背書，只要是權(quán)威機(jī)構(gòu)生成的證書，我們就認(rèn)為是合法的。所以權(quán)威機(jī)構(gòu)會對申請者的信息進(jìn)行審核，不同等級的權(quán)威機(jī)構(gòu)對審核的要求也不一樣，于是證書也分為免費(fèi)的、便宜的和貴的。
三、瀏覽器如何驗(yàn)證證書的合法性？
瀏覽器發(fā)起HTTPS請求時，服務(wù)器會返回網(wǎng)站的SSL證書，瀏覽器需要對證書做以下驗(yàn)證：
驗(yàn)證域名、有效期等信息是否正確。證書上都有包含這些信息，比較容易完成驗(yàn)證；
判斷證書來源是否合法。每份簽發(fā)證書都可以根據(jù)驗(yàn)證鏈查找到對應(yīng)的根證書，操作系統(tǒng)、瀏覽器會在本地存儲權(quán)威機(jī)構(gòu)的根證書，利用本地根證書可以對對應(yīng)機(jī)構(gòu)簽發(fā)證書完成來源驗(yàn)證；
判斷證書是否被篡改。需要與CA服務(wù)器進(jìn)行校驗(yàn)；
判斷證書是否已吊銷。通過CRL（Certificate Revocation List 證書注銷列表）和 OCSP（Online Certificate Status Protocol 在線證書狀態(tài)協(xié)議）實(shí)現(xiàn)，其中 OCSP 可用于第3步中以減少與CA服務(wù)器的交互，提高驗(yàn)證效率。
以上任意一步都滿足的情況下瀏覽器才認(rèn)為證書是合法的。
https 可以抓包嗎
HTTPS 的數(shù)據(jù)是加密的，常規(guī)下抓包工具代理請求后抓到的包內(nèi)容是加密狀態(tài)，無法直接查看。
但是，我們可以通過抓包工具來抓包。它的原理其實(shí)是模擬一個中間人。
通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是會生成一個證書，用戶需要手動把證書安裝到客戶端中，然后終端發(fā)起的所有請求通過該證書完成與抓包工具的交互，然后抓包工具再轉(zhuǎn)發(fā)請求到服務(wù)器，最后把服務(wù)器返回的結(jié)果在控制臺輸出后再返回給終端，從而完成整個請求的閉環(huán)。
關(guān)于 httpps 抓包的原理可以看這一篇文章。
Android平臺HTTPS抓包解決方案及問題分析
有人可能會問了，既然 HTTPS 不能防抓包，那 HTTPS 有什么意義？
HTTPS 可以防止用戶在不知情的情況下通信鏈路被監(jiān)聽，對于主動授信的抓包操作是不提供防護(hù)的，因?yàn)檫@個場景用戶是已經(jīng)對風(fēng)險(xiǎn)知情。要防止被抓包，需要采用應(yīng)用級的安全防護(hù)，例如采用私有的對稱加密，同時做好移動端的防反編譯加固，防止本地算法被破解。
擴(kuò)展
如何防止抓包？
對于HTTPS API接口，如何防止抓包呢？既然問題出在證書信任問題上，那么解決方法就是在我們的APP中預(yù)置證書。在TLS/SSL握手時，用預(yù)置在本地的證書中的公鑰校驗(yàn)服務(wù)器的數(shù)字簽名，只有簽名通過才能成功握手。由于數(shù)字簽名是使用私鑰生成的，而私鑰只掌握在我們手上，中間人無法偽造一個有效的簽名，因此攻擊失敗，無法抓包。
同時，為了防止預(yù)置證書被替換，在證書存儲上，可以將證書進(jìn)行加密后進(jìn)行「嵌入存儲」，如嵌入在圖片中或一段語音中。這涉及到信息隱寫的領(lǐng)域，這個話題我們有空了詳細(xì)說。
關(guān)于 Android 中Https 請求如何防止中間人攻擊和Charles抓包，可以看一下這一篇文章。
Android中Https請求如何防止中間人攻擊和Charles抓包原理
預(yù)置證書/公鑰更新問題
這樣做雖然解決了抓包問題，但是也帶來了另外一個問題：我們購買的證書都是有有效期的，到期前需要對證書進(jìn)行更新。主要有兩種方式：
提供預(yù)置證書更新接口。在當(dāng)前證書快過期時，APP請求獲取新的預(yù)置證書，這過渡時期，兩個證書同時有效，直到安全完成證書切換。這種方式有一定的維護(hù)成本，且不易測試。
在APP中只預(yù)埋公鑰，這樣只要私鑰不變，即使證書更新也不用更新該公鑰。但是，這樣不太符合周期性更新私鑰的安全審計(jì)需求。一個折中的方法是，一次性預(yù)置多個公鑰，只要任意一個公鑰驗(yàn)證通過即可。考慮到我們的證書一般購買周期是3-5年，那么3個公鑰，可以使用9-15年，同時，我們在此期間還可以發(fā)布新版本廢棄老公鑰，添加新公鑰，這樣可以使公鑰一直更新下去。
小結(jié)
開頭說到的幾個問題，你能對答如流了嗎
什么是 https，為什么需要 https
https 的連接過程
https 的加密方式是怎樣的，對稱加密和非對稱加密，為什么要這樣設(shè)計(jì)？內(nèi)容傳輸為什么要使用對稱機(jī)密
https 是絕對安全的嗎
https 可以抓包嗎
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