HTTPS原理及iOS证书验证

HTTPS的概述

说到https协议,我们得先了解下http协(Hyper Text Transfer Protocol)议,即超文本传输协议。http协议是基于tcp/ip协议的应用层协议,具有简单快速、无连接、无状态的特点,http请求的时候,首先有tcp的三次握手建立连接,断开的时候需要四次挥手,这个过程可以参考TCP/IP协议簇及TCP重传机制
而另外一个需要了解的就是SSL/TSL协议。SSL(Secure Sockets Layer, 安全套接字层),因为原先互联网上使用的 HTTP 协议是明文的,存在很多缺点,比如传输内容会被偷窥(嗅探)和篡改。 SSL 协议的作用就是在传输层对网络连接进行加密。TSL就是SSL标准化后的名字。
简单点说,HTTPS = HTTP + SSL/TSL,就是HTTP的安全版本。

HTTPS的演变过程

我们知道,HTTP需要三次握手完成tcp连接后,才能进行数据的传输,断开链接需要四次挥手,具体详见TCP/IP协议簇及TCP重传机制。那么HTTPS上述过程又是怎么样的呢?首先我们看下演变过程,HTTP三次握手建立连接后,数据完全裸奔,如下:

HTTP数据传输.png

我们可以看到,数据完全裸奔,很容易被黑客劫持,那我们加密吧,如下:
对称加密.png

这样也有缺点:
(1)不同的客户端、服务器数量庞大,所以双方都需要维护大量的密钥,维护成本很高;
(2)因每个客户端、服务器的安全级别不同,密钥极易泄露。
就有接下来的非对称加密版本,如下:
非对称加密.png

这样做同样也有缺点:(1)公钥是公开的(也就是黑客也会有公钥),所以第 5 步私钥加密的信息,如果被黑客截获,其可以使用公钥进行解密,获取其中的内容;(2)非对称加密是非常消耗性能的。
接下来就有了改良版本:
改良.png

大致过程就是:
客户端对称密钥A通过公钥加密传给服务端,说我们后续通讯的内容就拿对称密钥A加密吧,服务端用私钥解密拿到对称密钥A,发送一条消息“好的”,这条消息就是通过对称密钥A加密的,然后就是后续的通信了。
这样同样也有缺点,服务端怎么将公钥传给客户端呢?客户端又怎么确认对方就是服务端呢?这就是终极版大招,SSL证书:
SSL证书.png

客户端在接受到服务端发来的SSL证书时,会对证书的真伪进行校验,以浏览器为例说明如下:
(1)首先浏览器读取证书中的证书所有者、有效期等信息进行一一校验;
(2)浏览器开始查找操作系统中已内置的受信任的证书发布机构CA,与服务器发来的证书中的颁发者CA比对,用于校验证书是否为合法机构颁发;
(3)如果找不到,浏览器就会报错,说明服务器发来的证书是不可信任的;
(4)如果找到,那么浏览器就会从操作系统中取出 颁发者CA 的公钥,然后对服务器发来的证书里面的签名进行解密得到hash值;
(5)浏览器使用相同的hash算法计算出服务器发来的证书的hash值,将这个计算的hash值与证书中签名做对比;
(6)对比结果一致,则证明服务器发来的证书合法,没有被冒充;
(7)此时浏览器就可以读取证书中的公钥,用于后续加密了;

HTTPS建立连接的过程:

(1)这一步,就是相当于我们在浏览器上输入url回车的过程。这个时候浏览器或者客户端(接下来统一为客户端)会把我们客户端支持的加密算法Cipher Suite(密钥算法套件)带给服务端。
服务端发送证书(公钥)给客户端
(2)服务端接收Cipher后,和自己支持的加密算法进行比对,如果不符合,则断开连接。否则,服务端会把符合的算法和证书发给客户端,包括证书时间、证书日期、证书颁发的机构。
(3)客户端验证证书,包括颁发证书的机构是否合法与是否过期,证书中包含的网站地址是否与正在访问的地址一致等
(4)验证通过后(或者用户接受了不信任的证书),客户端会生成一个随机字符串,然后用服务端的公钥进行加密。这里就保证了只有服务端才能看到这串随机字符串(因为服务端拥有公钥对应的私钥,RSA解密,可以知道客户端的随机字符串)。
(5)生成握手信息 用约定好的HASH算法,对握手信息进行取HASH,然后用随机字符串加密握手信息和握手信息的签名HASH值,把结果发给服务端。这里之所以要带上握手信息的HASH是因为,防止信息被篡改。如果信息被篡改,那么服务端接收到信息进行HASH时,就会发现HASH值和客户端传回来的不一样。这里就保证了信息不会被篡改。
(6)服务端接收到加密信息后,首先用私钥解密得到随机字符串。然后用随机字符串解密握手信息,获得握手信息和握手信息的HASH值,服务端对握手信息进行HASH,比对客户端传回来的HASH。如果相同,则说明信息没有被篡改。
服务端验证完客户端的信息以后,同样使用随机字符串加密握手信息和握手信息的HASH值发给客户端。
(7)客户端接收到服务端发回来的握手信息后,用一开始生成的随机字符串对密文进行解密,得到握手信息和握手信息的HASH值,像一步服务端验证一样对握手信息进行校验,校验通过后,握手完毕。从这里开始,客户端和服务端的通信就使用那串随机字符串进行AES对称加密通信。

对称密钥生成的过程

(1)首先,客户端利用CA数字证书实现身份认证,利用非对称加密协商对称密钥。
(2)客户端会向服务器传输一个“pubkey”随机数,服务器收到之后,利用特定算法生成另外一个“pubkey”随机数,客户端利用这两个“pubkey”随机数生成一个 pre-master 随机数。
(3)客户端利用自己在 client hello 里面传输的随机数 random_C,以及收到的 server hello 里面的随机数 random_S,外加 pre-master 随机数,利用对称密钥生成算法生成 对称密钥enc_key:enc_key=Fuc(random_C, random_S, Pre-Master)

验证总结

使用RSA非对称算法,服务端向客户端发送公钥,公钥包含了域名、颁发机构、过期日期。保证了公钥的合法性和服务端的身份正确性(而不会被黑客冒充)
客户端向第三方验证公钥的合法性,验证通过后向服务端约定对称加密的随机字符号。保证了随机字符串只有通信双方知道。
接下来的通信就使用这个随机字符号进行加密通信。因为随机字符串只有双方知道,所以信息不会被截获。
iOS的HTTPS证书的验证方式见iOS开发HTTPS实现之信任SSL证书和自签名证书

欢迎指正!!!
参考:
HTTPS 原理详解
深入揭秘HTTPS安全问题&连接建立全过程

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