HTTPS通信原理

一、简介

前一篇文章,我总结了下,如何部署https服务,开通ssl通道。但是对于https整个通信流程还有许多疑惑的地方,所以花了好几天看了各种资料,其中有的资料也误导了我,导致我走了些弯路。接下来我就来总结一下,帮助初学者理清https通信流程。

二、名词解释

1、签名

签名就是在信息的后面再加上一段内容,可以证明信息没有被修改过,怎么样可以达到这个效果呢?一般是对信息做一个hash计算得到一个hash值,注意,这个过程是不可逆的,也就是说无法通过hash值得出原来的信息内容。在把信息发送出去时,把这个hash值加密后做为一个签名和信息一起发出去。 接收方在收到信息后,会重新计算信息的hash值,并和信息所附带的hash值(解密后)进行对比,如果一致,就说明信息的内容没有被修改过,因为这里hash计算可以保证不同的内容一定会得到不同的hash值,所以只要内容一被修改,根据信息内容计算的hash值就会变化。当然,不怀好意的人也可以修改信息内容的同时也修改hash值,从而让它们可以相匹配,为了防止这种情况,hash值一般都会加密后(也就是签名)再和信息一起发送,以保证这个hash值不被修改。但是客户端如何解密呢?这就涉及到数字证书了。

2、公钥私钥

刚开始的时候以为https只能用公钥进行加密,私钥解密,后来看来“公钥密码体制”,才知道,其实两者都可以加密、解密。

3、RSA(非对称加密)

RSA是一种公钥密码体制,现在使用得很广泛。公钥公开,私钥保密,它的加密解密算法是公开的。 由公钥加密的内容可以并且只能由私钥进行解密,并且由私钥加密的内容可以并且只能由公钥进行解密。也就是说,RSA的这一对公钥、私钥都可以用来加密和解密,并且一方加密的内容可以由并且只能由对方进行解密。可用于验证hTTPS中各种密钥的加密。

4、对称加密

加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的。因此对称加密算法要保证安全性的话,密钥要做好保密,只能让使用的人知道,不能对外公开。

三、 通信流程

为了搞清楚,https是怎样运转的,接下来是借鉴一篇博文,并稍加改动,形象易懂的解释了整个流程。
step1: “客户”向服务端发送一个通信请求
“客户”->“服务器”:你好

step2: “服务器”向客户发送自己的数字证书。证书中有一个公钥用来加密信息,私钥由“服务器”持有
“服务器”->“客户”:你好,我是服务器,这里是我的数字证书

step3: “客户”收到“服务器”的证书后,它会去验证这个数字证书到底是不是“服务器”的,数字证书有没有什么问题,数字证书如果检查没有问题,就说明数字证书中的公钥确实是“服务器”的。检查数字证书后,“客户”会发送一个随机的字符串给“服务器”用私钥去加密(检查数字证书,后文介绍)
“客户”->“服务器”:向我证明你就是服务器,这是一个随机字符串
step4:服务器把加密的结果返回给“客户”。
“服务器”->“客户”:{一个随机字符串}(用私钥进行RSA加密)

step5:“客户”用公钥解密这个返回结果,如果解密结果与之前生成的随机字符串一致,那说明对方确实是私钥的持有者,或者说对方确实是“服务器”。 验证“服务器”的身份后,“客户”生成一个对称加密算法和密钥,用于后面的通信的加密和解密。这个对称加密算法和密钥,“客户”会用公钥加密后发送给“服务器”,别人截获了也没用,因为只有“服务器”手中有可以解密的私钥。这样,后面“服务器”和“客户”就都可以用对称加密算法来加密和解密通信内容了。
“服务器”->“客户”:{OK,已经收到你发来的对称加密算法和密钥!有什么可以帮到你的?}(用密钥进行对称加密)
“客户”->“服务器”:{我的帐号是aaa,密码是123,把我的余额的信息发给我看看}(用密钥进行对称加密)
“服务器”->“客户”:{你好,你的余额是100元}(用密钥进行对称加密)

四、数字证书

主要包含这几大块:
证书的发布机构
证书的有效期
公钥
证书所有者(Subject)
签名所使用的算法
这个数字证书的数字签名所使用的加密算法,这样就可以使用证书发布机构的证书里面的公钥,根据这个算法对指纹进行解密。解密结果就是签名。
指纹以及指纹算法
这个是用来保证证书的完整性的,也就是说确保证书没有被修改过。 其原理就是在发布证书时,发布者根据指纹算法(一个hash算法)计算整个证书的hash值(指纹)并和证书放在一起,使用者在打开证书时,自己也根据指纹算法计算一下证书的hash值(指纹),如果和刚开始的值对得上,就说明证书没有被修改过,因为证书的内容被修改后,根据证书的内容计算的出的hash值(指纹)是会变化的。 注意,这个指纹会使用"SecureTrust CA"这个证书机构的私钥用签名算法(Signature algorithm)加密后和证书放在一起.
  注意,为了保证安全,在证书的发布机构发布证书时,证书的指纹和指纹算法,都会加密后再和证书放到一起发布,以防有人修改指纹后伪造相应的数字证书。这里问题又来了,证书的指纹和指纹算法用什么加密呢?他们是用证书发布机构的私钥进行加密的。可以用证书发布机构的公钥对指纹和指纹算法解密,也就是说证书发布机构除了给别人发布证书外,他自己本身也有自己的证书。证书发布机构的证书是哪里来的呢???这个证书发布机构的数字证书(一般由他自己生成)在我们的操作系统刚安装好时(例如windows xp等操作系统),这些证书发布机构的数字证书就已经被微软(或者其它操作系统的开发机构)安装在操作系统中了,微软等公司会根据一些权威安全机构的评估选取一些信誉很好并且通过一定的安全认证的证书发布机构,把这些证书发布机构的证书默认就安装在操作系统里面了,并且设置为操作系统信任的数字证书。这些证书发布机构自己持有与他自己的数字证书对应的私钥,他会用这个私钥加密所有他发布的证书的指纹作为数字签名。
  首先应用程序(对方通信用的程序,例如IE、OUTLook等)读取证书中的Issuer(发布机构)为"SecureTrust CA" ,然后会在操作系统中受信任的发布机构的证书中去找"SecureTrust CA"的证书,如果找不到,那说明证书的发布机构是个水货发布机构,证书可能有问题,程序会给出一个错误信息。 如果在系统中找到 了"SecureTrust CA"的证书,那么应用程序就会从证书中取出"SecureTrust CA"的公钥,然后对我们"ABC Company"公司的证书里面的指纹和指纹算法用这个公钥进行解密,然后使用这个指纹算法计算"ABC Company"证书的指纹,将这个计算的指纹与放在证书中的指纹对比,如果一致,说明"ABC Company"的证书肯定没有被修改过并且证书是"SecureTrust CA" 发布的,证书中的公钥肯定是"ABC Company"

证书:

  • jks为密钥仓库,存放公钥和私钥。
  • pfx格式的数字证书是包含有私钥的 cer格式的数字证书里面只有公钥没有私钥。
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