大廠面試：HTTPS三連問，最后一問難道很多人

作者 | leapMie

前言

大家都知道 HTTPS 比 HTTP 安全，也聽說過與 HTTPS 協(xié)議相關(guān)的概念有 SSL 、非對(duì)稱加密、 CA 證書等。

但對(duì)于以下靈魂三拷問可能就答不上了：

• 為什么用了 HTTPS 就是安全的？
• HTTPS 的底層原理如何實(shí)現(xiàn)？
• 用了 HTTPS 就一定安全嗎？

本文將層層深入，從原理上把 HTTPS 的安全性講透。

HTTPS 的實(shí)現(xiàn)原理

大家可能都聽說過 HTTPS 協(xié)議之所以是安全的是因?yàn)?HTTPS 協(xié)議會(huì)對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，而加密過程是使用了非對(duì)稱加密實(shí)現(xiàn)。

但其實(shí)，HTTPS 在內(nèi)容傳輸?shù)募用苌鲜褂玫氖菍?duì)稱加密，非對(duì)稱加密只作用在證書驗(yàn)證階段。

HTTPS 的整體過程分為證書驗(yàn)證和數(shù)據(jù)傳輸階段，具體的交互過程如下：

證書驗(yàn)證階段：

• 瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請(qǐng)求。
• 服務(wù)端返回 HTTPS 證書。
• 客戶端驗(yàn)證證書是否合法，如果不合法則提示告警。

數(shù)據(jù)傳輸階段：

• 當(dāng)證書驗(yàn)證合法后，在本地生成隨機(jī)數(shù)。
• 通過公鑰加密隨機(jī)數(shù)，并把加密后的隨機(jī)數(shù)傳輸?shù)椒?wù)端。
• 服務(wù)端通過私鑰對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行解密。
• 服務(wù)端通過客戶端傳入的隨機(jī)數(shù)構(gòu)造對(duì)稱加密算法，對(duì)返回結(jié)果內(nèi)容進(jìn)行加密后傳輸。

為什么數(shù)據(jù)傳輸是用對(duì)稱加密？

首先，非對(duì)稱加密的加解密效率是非常低的，而 HTTP 的應(yīng)用場(chǎng)景中通常端與端之間存在大量的交互，非對(duì)稱加密的效率是無法接受的。

另外，在 HTTPS 的場(chǎng)景中只有服務(wù)端保存了私鑰，一對(duì)公私鑰只能實(shí)現(xiàn)單向的加解密，所以 HTTPS 中內(nèi)容傳輸加密采取的是對(duì)稱加密，而不是非對(duì)稱加密。

為什么需要 CA 認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)證書？

HTTP 協(xié)議被認(rèn)為不安全是因?yàn)閭鬏斶^程容易被監(jiān)聽者勾線監(jiān)聽、偽造服務(wù)器，而 HTTPS 協(xié)議主要解決的便是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩詥栴}。

首先我們假設(shè)不存在認(rèn)證機(jī)構(gòu)，任何人都可以制作證書，這帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)便是經(jīng)典的“中間人攻擊”問題。

“中間人攻擊”的具體過程如下：

過程原理如下：

• 本地請(qǐng)求被劫持（如 DNS 劫持等），所有請(qǐng)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(duì)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(duì)稱加密對(duì)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(duì)稱加密算法進(jìn)行內(nèi)容解密。
• 中間人以客戶端的請(qǐng)求內(nèi)容再向正規(guī)網(wǎng)站發(fā)起請(qǐng)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(duì)稱加密算法對(duì)內(nèi)容進(jìn)行解密。
• 中間人通過與客戶端建立的對(duì)稱加密算法對(duì)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(duì)稱加密算法對(duì)返回結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。

由于缺少對(duì)證書的驗(yàn)證，所以客戶端雖然發(fā)起的是 HTTPS 請(qǐng)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。

瀏覽器是如何確保 CA 證書的合法性？

證書包含什么信息？

證書包含信息如下：

• 頒發(fā)機(jī)構(gòu)信息
• 公鑰
• 公司信息
• 域名
• 有效期
• 指紋
• ......

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(gè)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(duì)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(huì)對(duì)申請(qǐng)者的信息進(jìn)行審核，不同等級(jí)的權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)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。

瀏覽器如何驗(yàn)證證書的合法性？

瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器會(huì)返回網(wǎng)站的 SSL 證書。

瀏覽器需要對(duì)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(duì)應(yīng)的根證書，操作系統(tǒng)、瀏覽器會(huì)在本地存儲(chǔ)權(quán)威機(jī)構(gòu)的根證書，利用本地根證書可以對(duì)對(duì)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。

**這里插一個(gè)我想了很久的但其實(shí)答案很簡單的問題：**既然證書是公開的，如果要發(fā)起中間人攻擊，我在官網(wǎng)上下載一份證書作為我的服務(wù)器證書，那客戶端肯定會(huì)認(rèn)同這個(gè)證書是合法的，如何避免這種證書冒用的情況？

其實(shí)這就是非加密對(duì)稱中公私鑰的用處，雖然中間人可以得到證書，但私鑰是無法獲取的。

一份公鑰是不可能推算出其對(duì)應(yīng)的私鑰，中間人即使拿到證書也無法偽裝成合法服務(wù)端，因?yàn)闊o法對(duì)客戶端傳入的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。

只有認(rèn)證機(jī)構(gòu)可以生成證書嗎？

如果需要瀏覽器不提示安全風(fēng)險(xiǎn)，那只能使用認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽發(fā)的證書。

但瀏覽器通常只是提示安全風(fēng)險(xiǎn)，并不限制網(wǎng)站不能訪問，所以從技術(shù)上誰都可以生成證書，只要有證書就可以完成網(wǎng)站的 HTTPS 傳輸。

例如早期的 12306 采用的便是手動(dòng)安裝私有證書的形式實(shí)現(xiàn) HTTPS 訪問。

本地隨機(jī)數(shù)被竊取怎么辦？

證書驗(yàn)證是采用非對(duì)稱加密實(shí)現(xiàn)，但是傳輸過程是采用對(duì)稱加密，而其中對(duì)稱加密算法中重要的隨機(jī)數(shù)是由本地生成并且存儲(chǔ)于本地的，HTTPS 如何保證隨機(jī)數(shù)不會(huì)被竊??？

其實(shí) HTTPS 并不包含對(duì)隨機(jī)數(shù)的安全保證，HTTPS 保證的只是傳輸過程安全，而隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)于本地，本地的安全屬于另一安全范疇，應(yīng)對(duì)的措施有安裝殺毒軟件、反木馬、瀏覽器升級(jí)修復(fù)漏洞等。

用了 HTTPS 會(huì)被抓包嗎？

HTTPS 的數(shù)據(jù)是加密的，常規(guī)下抓包工具代理請(qǐng)求后抓到的包內(nèi)容是加密狀態(tài)，無法直接查看。

但是，正如前文所說，瀏覽器只會(huì)提示安全風(fēng)險(xiǎn)，如果用戶授權(quán)仍然可以繼續(xù)訪問網(wǎng)站，完成請(qǐng)求。

因此，只要客戶端是我們自己的終端，我們授權(quán)的情況下，便可以組建中間人網(wǎng)絡(luò)，而抓包工具便是作為中間人的代理。

通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是會(huì)生成一個(gè)證書，用戶需要手動(dòng)把證書安裝到客戶端中，然后終端發(fā)起的所有請(qǐng)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(qǐng)求到服務(wù)器，最后把服務(wù)器返回的結(jié)果在控制臺(tái)輸出后再返回給終端，從而完成整個(gè)請(qǐng)求的閉環(huán)。

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(duì)于主動(dòng)授信的抓包操作是不提供防護(hù)的，因?yàn)檫@個(gè)場(chǎng)景用戶是已經(jīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)知情。

要防止被抓包，需要采用應(yīng)用級(jí)的安全防護(hù)，例如采用私有的對(duì)稱加密，同時(shí)做好移動(dòng)端的防反編譯加固，防止本地算法被破解。

總結(jié)

以下用簡短的 Q&A 形式進(jìn)行全文總結(jié)：

Q：HTTPS 為什么安全？

A：因?yàn)?HTTPS 保證了傳輸安全，防止傳輸過程被監(jiān)聽、防止數(shù)據(jù)被竊取，可以確認(rèn)網(wǎng)站的真實(shí)性。

Q：HTTPS 的傳輸過程是怎樣的？

A：客戶端發(fā)起 HTTPS 請(qǐng)求，服務(wù)端返回證書，客戶端對(duì)證書進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后本地生成用于改造對(duì)稱加密算法的隨機(jī)數(shù)。

通過證書中的公鑰對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密傳輸?shù)椒?wù)端，服務(wù)端接收后通過私鑰解密得到隨機(jī)數(shù)，之后的數(shù)據(jù)交互通過對(duì)稱加密算法進(jìn)行加解密。

Q：為什么需要證書？

A：防止“中間人”攻擊，同時(shí)可以為網(wǎng)站提供身份證明。

Q：使用 HTTPS 會(huì)被抓包嗎？

A：會(huì)被抓包，HTTPS 只防止用戶在不知情的情況下通信被監(jiān)聽，如果用戶主動(dòng)授信，是可以構(gòu)建“中間人”網(wǎng)絡(luò)，代理軟件可以對(duì)傳輸內(nèi)容進(jìn)行解密。

順手分享一張學(xué)習(xí) HTTPS 的過程圖：

點(diǎn)分享

點(diǎn)收藏

點(diǎn)點(diǎn)贊

點(diǎn)在看