https加密、解密、及验证过程如下图:

HTTPS怎么实现安全传输的?

建立安全传输

HTTPS中, 客户端首先打开一条到WEB服务器443端口的连接。 一旦建立了TCP连接 
,客户端和服务器就会初始化SSL层,对加密参数进行沟通,并交换密钥。 
握手完成后,SSL初始化就完成了,客户端就可以将请求报文发送给安全层了。

重点 SSL握手

发送已加密的HTTP报文之前,客户端和服务器要进行一次SSL握手,这个握手过程中,他们完成:

  1. 客户端发送列出客户端密码能力的客户端信息,比如SSL的版本,客户端支持的密钥对和客户端支持的hash方法(压缩方法)。 client_hello
  2. 服务器响应,服务器选择一个两端都了解的密钥。和服务器的hash方法。 server_hello
  3. 服务器发送SSL数字证书 X.509,等待客户端响应
  4. 一旦接受到,客户端将验证服务器的SSL数字证书的有效性。 服务器也可以请求客户端的SSL证书(SSL支持双向)
  5. 一旦校验通过,客户端就回随机生成一个用于后面通信的“对称密码”pre_master_secret,用服务器的公钥加密。然后发送给服务器。
  6. 服务端用私有密钥解密加密后的随机数据并协商暗号 
    得到pre_master_secret,然后双方利用这个协商得到master_secret。 这个是为了保证数据的安全。
  7. 服务端跟客户端利用mastersecret产生真正的sessionkey,这是一个对称加密的key。 然后握手结束。

选择一个两端都了解的密码 
对两端的身份进行认证。 
生成临时的会话密钥,加密信道

其实还有SSL双向握手,这里就不阐述了。

那么SSL/TLS协议的基本原理就是,客户端获取服务器的公钥,加密信息以后传送给服务器,然后服务器使用私钥解密。这个方案有两个问题。

服务器传输公钥的时候,是明文的,第三方可以篡改。 
RSA加密的计算量较大,如果每次通信都使用RSA加密的话,会对性能产生负担。 
针对第一个问题,我们需要一个办法来保证服务器传输的公钥确实是服务器的,而不是第三方的。这个时候,我们需要使用数字证书。数字证书由权威机构(CA, Certificate Authority)颁发,里面包含有服务器的公钥,证书文件使用CA私钥进行加密。当客户端与服务器建立加密通信的时候,服务器不再返回公钥,而是返回他的数字证书。客户端拿到证书,使用对应的CA的公钥解密,然后获取到服务器的公钥。这里有一个问题,客户端怎么拿到CA的公钥呢?如果还是去CA服务器获取的话,那么我们又会回到问题的原点即怎样保证CA公钥不被人篡改。因此,大部分浏览器中,权威CA的公钥都是内置的,不需要去获取。这就保证了CA公钥的正确性。第三方没有办法伪造证书,因为第三方没有CA的私钥(当然,CA被入侵的例子的也是有的,技术永远解决不了人的问题)。

针对第二个问题,SSL/TLS协议在通信过程中,并不是使用RSA加密,而是使用对称加密,对称加密的密钥(对话密钥)由双方协商生成。

因此,SSL/TLS协议的基本流程如下: 

客户端索取服务器的数字证书,从而获得服务器公钥 
双方协商生成对话密钥 
使用对话密钥进行加密通信 
具体流程

根据上面的论述,SSL/TLS协议的核心便是怎样安全的生成一个对话密钥来加密之后的通信。这个过程称之为握手。

握手一共有四次请求,注意,这些请求都是明文的(也没法加密)。

客户端请求(ClientHello)

首先,客户端(通常是浏览器)先向服务器发送加密请求,这一步叫做ClientHello。 请求携带以下信息:

1. 客户端支持的协议版本(这是为了和服务器协商使用什么版本的SSL/TLS进行通信)
2. 客户端生成的一个随机数n1
3. 客户端支持的加密方法,比如RSA(这是为了和服务器协商使用什么加密方法)

服务器响应(ServerHello)

服务器收到客户端请求之后,向客户端发送响应,这一步叫做ServerHello。 响应携带以下信息:

1. 确认通信使用的SSL/TLS版本
2. 服务器生成的一个随机数n2
3. 服务器的数字证书
4. 确认加密方法,比如RSA

客户端回应

客户端收到浏览器的响应后,首先验证服务器的证书时候有效。如果证书不是由权威结构颁发(比如12306),证书包含的域名和实际域名不一致或者证书已经过期,那么浏览器会警告用户,由用户决定是否继续访问。

如果证书没有问题,客户端便会从证书中取出服务器的公钥,然后发送一个请求,携带以下信息。

1. 一个随机数n3,这个随机数用服务器公钥加密,防止被窃听
2. 编码改变通知,表示之后所有的信息都将会使用双方商定的加密方法和密钥发送
3. 客户端握手结束通知,表示客户端的握手阶段已经结束

客户端此时有三个随机数,n1,n2,n3,根据这个三个随机数,客户端使用一定的算法生成通信所需的对话密钥。

服务器最后响应

服务器收到客户端的随机数之后,使用私钥将其解密,这时,服务器也拥有了n1,n2,n3这三个随机数,服务器便可以生成和客户端一致的对话密钥。然后向客户端发送最后的响应。信息如下:

  1. 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送 
  2. 服务器握手结束通知,表示服务器端的握手阶段已经结束

到了这里,客户端和服务器就可以使用对话密钥加密之后所有的通信过程。第三方无法窃听,都是乱码看不懂。也无法篡改,SSL使用MAC(Message authentication code)来校验信息。更无法冒充,因为没有对话密钥。

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