https之我的理解

多为搬运汇总,加上自己的总结,方便以后复习回顾,参考资料在最下面,感谢各位博主力作,希望以后自己也能写出深入浅出有条理的文章,提升自己帮助他人。

首先是http的缺点

  1. 通信使用明文;第三方可以获知通信内容。
  2. 不验证通信方的身份;第三方可以冒充他人身份参与通信。
  3. 无法验证报文的完整性;第三方可以修改通信内容。

因此确保安全通信的三个原则

  1. 数据内容的加密
  2. 通讯双方的身份校验
  3. 数据内容的完整性

因此诞生了https:Https = Http + 加密 + 认证 + 完整性保护

TCP/IP协议族中已经提供了一个用于数据安全传输的协议——SSL(Secure Socket Layer)安全套接层,位于应用层与传输层之间。SSL 提供认证和加密处理及摘要功能,最初是由浏览器开发商网景通信公司率先倡导的,后来的TSL 是以 SSL 为原型开发的协议,有时会统一称该协议为 SSL,当前主流的版本是 SSL3.0 和 TLS1.0。
故再简化为Https = Http + SSL

相对于TCP或HTTP协议,SSL协议要复杂很多。由于它也是建立在TCP协议之上的,所以在使用SSL传输数据之前需要先进行三次握手和服务器建立连接,具体的流程如图所示:

https.png

SSL协议的握手过程

  1. 客户端先给服务端发送一个消息,消息内容包括:客户端支持的加密方式,支持的压缩方法,SSL的版本号,客户端生成的随机数,文本内容“Hello”等;
  2. 服务端接收到消息后,也回发一个Hello,并携带从客户端支持的加密方式中选择的加密方式,服务端生成的随机数,服务端的SSL版本号等信息;
  3. 随后服务器给客户端发送一个Certificate报文,报文中包含服务端的公钥证书;
  4. 紧接着服务器给客户端发送Server Hello Done, 表示最初的协商握手过程结束;
  5. 客户端接收到服务端发送的握手结束的消息后,以Client Key Exchange作为回应,此报文中包含通信加密过程中使用的一种被称为Pre-master secret的随机密码串,并使用第三步接收到的公钥证书进行了加密;
  6. 接着客户端发送Change Cipher Spec报文,该报文告知服务端,此步骤之后的所有数据将使用第五步中生成的master secret进行加密(master secret的生成过程看后面的介绍);
  7. 随后客户端发送Finish报文,此报文中包含连接至今所有报文的整体校验值,用于完整性验证;
  8. 服务端接收到客户端发送的Change Cliper Spec报文后,同样以Change Cliper Spec报文作为回应;
  9. 接着服务端发送Finish报文给客户端,表示服务端已正确解析客户端发送的整体校验值,至此,SSL握手的过程结束。
  10. 随后开始使用HTTP协议传输使用master secret加密过的数据。

为了解决安全和效率问题,SSL使用了对称加密(加密和解密使用同样的密钥)和非对称加密(公钥加密,私钥解密)组合的方式:使用非对称加密的方式传输对称加密中生成密钥的种子(pre master secret)【对应上面的第五步】,然后使用对称加密的方式对通信数据进行加密【对应上面的第十步】,既保障了密钥的安全性,也提高了加密速度。

归纳ssl五次握手,或四次(将4、5合并)

  1. 客户端请求建立SSL链接,并向服务端发送协议版本号、一个随机数–Client random和客户端支持的加密方法,比如RSA公钥加密,此时是明文传输。
  2. 服务端回复一种客户端支持的加密方法、一个随机数–Server random、授信的服务器证书和非对称加密的公钥。
  3. 客户端收到服务端的回复后,确认数字证书有效,然后生成新的随机数–Premaster secret 通过服务端下发的公钥及加密方法进行加密,发送给服务器。
  4. 服务端收到客户端的回复,利用自己的私钥解密获得Premaster secret,
  5. 服务端利用Client random、Server random和Premaster secret通过一定的算法生成HTTP链接数据传输的对称加密key – session key(包含于上面提到的master secret中),用来加密接下来的整个对话过程。

握手阶段有三点需要注意。

  1. 生成对话密钥一共需要三个随机数。
  2. 握手之后的对话使用"对话密钥"加密(对称加密),服务器的公钥和私钥只用于加密和解密"对话密钥"(非对称加密),无其他作用
  3. 服务器公钥放在服务器的数字证书之中。

Master secret与session key
由于服务端和客户端都有一份相同的PreMaster secret和随机数,这个随机数将作为后面产生Master secret的种子,结合PreMaster secret,客户端和服务端将计算出同样的Master secret。
Master secret是有系列的hash值组成的,它将作为数据加解密相关的secret的Key Material。Master secret最终解析出来的数据如下:
其中,write MAC key,就是session secret或者说是session key。
Client write MAC key是客户端发数据的session secret,Server write MAC secret是服务端发送数据的session key。MAC(Message Authentication Code),是一个数字签名,用来验证数据的完整性,可以检测到数据是否被串改。

证书
证书由值得信任的第三方机构颁发,用以证明服务器和客户端是实际存在的。
现在主要还是客户端去检验服务端的证书,客户端的证书还不够普及,如银行的网上银行就需要客户端证书。

HTTPS 比 HTTP 要慢 2 到 100 倍
SSL 的慢分两种。一种是指通信慢。另一种是指由于大量消耗CPU 及内存等资源,导致处理速度变慢。
和使用 HTTP 相比,网络负载可能会变慢 2 到 100 倍。除去和TCP 连接、发送 HTTP 请求 • 响应以外,还必须进行 SSL 通信,
因此整体上处理通信量不可避免会增加。另一点是 SSL 必须进行加密处理。在服务器和客户端都需要进行加密和解密的运算处理。因此从结果上讲,比起 HTTP 会更多地消耗服务器和客户端的硬件资源,导致负载增强。
针对速度变慢这一问题,并没有根本性的解决方案,我们会使用SSL 加速器这种(专用服务器)硬件来改善该问题。该硬件为SSL 通信专用硬件,相对软件来讲,能够提高数倍 SSL 的计算速度。仅在 SSL 处理时发挥 SSL 加速器的功效,以分担负载。

补充

从URL输入到页面展现到底发生什么?

  1. DNS 解析:将域名解析成 IP 地址
  2. TCP 连接:TCP 三次握手
  3. 发送 HTTP 请求
  4. 服务器处理请求并返回 HTTP 报文
  5. 浏览器解析渲染页面
  6. 断开连接:TCP 四次挥手
三次握手

四次挥手

四次挥手

参考资料
Https详解
图解SSL/TLS协议-阮一峰
图解HTTP(书)
从URL输入到页面展现到底发生什么?

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