理解 HTTPS 的工作原理

HTTPS，也称作HTTP over TLS。TLS的前身是SSL，TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1，TLS 1.1为SSL 3.2，TLS 1.2为SSL 3.3。本文着重描述TLS协议的1.2版本。

下图描述了在TCP/IP协议栈中TLS(各子协议)和HTTP的关系

Credit: Kaushal Kumar Panday From: SSL Handshake and HTTPS Bindings on IIS

其中Handshake protocol，Change Ciper Spec protocol和Alert protocol组成了SSL Handshaking Protocols。

HTTPS和HTTP协议相比提供了：

• 数据完整性：内容传输经过完整性校验
• 数据隐私性：内容经过对称加密，每个连接生成一个唯一的加密密钥
• 身份认证：第三方无法伪造服务端(客户端)身份

其中，数据完整性和隐私性由TLS Record Protocol保证，身份认证由TLS Handshaking Protocols实现。

总览

使用RSA算法的SSL握手过程是这样的：

Source: Keyless SSL: The Nitty Gritty Technical Details

1. [明文] 客户端发送随机数client_random和支持的加密方式列表
2. [明文] 服务器返回随机数server_random，选择的加密方式和服务器证书链
3. [RSA] 客户端验证服务器证书，使用证书中的公钥加密premaster secret发送给服务端
4. 服务端使用私钥解密premaster secret
5. 两端分别通过client_random，server_random和premaster secret生成master secret，用于对称加密后续通信内容

证书(Digital certificate)

那么什么是证书呢?

证书中包含什么信息：

• 证书信息：过期时间和序列号
• 所有者信息：姓名等
• 所有者公钥

为什么服务端要发送证书给客户端?

互联网有太多的服务需要使用证书来验证身份，以至于客户端(操作系统或浏览器等)无法内置所有证书，需要通过服务端将证书发送给客户端。

客户端为什么要验证接收到的证书?

客户端<------------攻击者<------------服务端 
 伪造证书 拦截请求 

客户端如何验证接收到的证书?

为了回答这个问题，需要引入数字签名(Digital Signature)。

+---------------------+ 
| A digital signature | 
|(not to be confused | 
|with a digital | 
|certificate) | +---------+ +--------+ 
| is a mathematical |----哈希--->| 消息摘要 |---私钥加密--->| 数字签名 | 
|technique used | +---------+ +--------+ 
|to validate the | 
|authenticity and | 
|integrity of a | 
|message, software | 
|or digital document. | 
+---------------------+ 

将一段文本通过哈希(hash)和私钥加密处理后生成数字签名。

假设消息传递在Bob，Susan和Pat三人之间发生。Susan将消息连同数字签名一起发送给Bob，Bob接收到消息后，可以这样验证接收到的消息就是Susan发送的

+---------------------+ 
| A digital signature | 
|(not to be confused | 
|with a digital | 
|certificate) | +---------+ 
| is a mathematical |----哈希--->| 消息摘要 | 
|technique used | +---------+ 
|to validate the | | 
|authenticity and | | 
|integrity of a | | 
|message, software | 对 
|or digital document. | 比 
+---------------------+ | 
 | 
 | 
 +--------+ +---------+  
 | 数字签名 |---公钥解密--->| 消息摘要 |  
 +--------+ +---------+ 

当然，这个前提是Bob知道Susan的公钥。更重要的是，和消息本身一样，公钥不能在不安全的网络中直接发送给Bob。

此时就引入了证书颁发机构(Certificate Authority，CA)，CA数量并不多，Bob客户端内置了所有受信任CA的证书。CA对Susan的公钥(和其他信息)数字签名后生成证书。

Susan将证书发送给Bob后，Bob通过CA证书的公钥验证证书签名。

Bob信任CA，CA信任Susan 使得 Bob信任Susan，信任链(Chain Of Trust)就是这样形成的。

事实上，Bob客户端内置的是CA的根证书(Root Certificate)，HTTPS协议中服务器会发送证书链(Certificate Chain)给客户端。

TLS协议

TLS协议包括TLS Record Protocol和TLS Handshake Protocol。总览中的流程图仅涉及到TLS Handshake Protocol。

TLS Record Protocol

（编辑：晋中站长网）

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