https时代来了，你却还一无所知？

本文作者：茄果，专注前端开发领域，更多文章请关注知乎专栏《前端小事》

现在打开各大知名网站，你有没有发现地址栏都已经加了个绿色的小锁？

是的，这就是https，这就是https的时代。

然而，你了解https吗？

简单来说，https就是套在SSL/TLS内的http，也就是安全的http。何为安全？一个安全的网络通信环境要解决3个问题：

通信内容的保密
通信双方身份不可伪造
通信内容不被篡改

而https就是为了解决这3大问题而诞生的（准确来说应该是ssl），下面分别看看这3个问题的解决方案。

通信内容的保密

通信内容的保密需要通过加密来实现。我们的互联网环境是非常透明的，通信需要经过很多中转才能到接收方手中，这个情形有点像你上课的时候给第一排的小红递纸条一样，纸条上你肯定不会直接写今夜三更操场见，而是机灵地写了老地方见。这个老地方只有你和小红知道，这样就算小明小李看到了纸条，他也不知道老地方是图书馆还是英语角，这就是加密，而老地方就是所谓的密钥。

当然，这个例子并不是很准确。更具体的加解密就是一个功能函数，而密钥则是这个函数的参数。比如我们定义一个简单的加密函数，f(x)=x+b，x就是输入的明文，而b是密钥；解密函数就是加密函数的反函数，也就是g(x)=x-b。当不知道b的时候，你就算看到了密文也猜不出真实内容，这样就实现了加密。这种加解密都用同样的密钥的方式，叫对称加密。

但这里有个问题，这里的b怎么得到的？你和小红可以花前月下的时候约定，但是在真实网络环境中你和小红根本没有直接沟通的可能，所有沟通都要靠小明小李去传纸条的话怎么做呢？

这里就需要用到非对称加密算法了，这种算法有公钥和私钥一对钥匙，公钥是所有人都能获取到的钥匙，私钥则是服务器私自保密的钥匙。非对称加密算法中公钥加密的内容只能用私钥解密，私钥加密的内容则只有公钥才能解密。所以当你使用小红的公钥加密你的纸条之后，帮你传递纸条小明小李等人看到纸条也无法读取内容了，只有拥有私钥的小红才能读出你的信息。

对称加密算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥；而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥）。你可能比较好奇非对称加密算法的原理，但是我这里不展开讲算法，有兴趣的同学可以自行搜索。

那么问题来了，小红给你的回应也想加密怎么办？如果小红用她的私钥加密的话，班上所有人都知道公钥，而公钥可以解私钥的加密，也意味着所有人都能解密小红的回应消息。

聪明的你一定想到了解决方案：利用非对称加密算法加密出一个对称密钥给小红，小红用她的私钥读取对称密钥，然后你们就用这个对称密钥来做对称加密，然后就可以愉快地约约约了。

当然，https也是这么干的。

通信双方身份不可伪造

加密之后貌似通信过程就完美了？且慢，小红的公钥是怎么公告天下的呢？
要知道在网络环境中所有信息交互都是通过传纸条的方式来进行的，小红的公钥也不例外，万一在经过小明手里的时候被掉包了怎么办？怎么保证你手上的小红公钥是就是真正的小红公钥呢？

看到班上的痴男怨女的情书被各种掉包，文娱委员凤姐决定挺身而出。凤姐想出了一个办法，所有加密通信都要带上一本证，用来证明自己的身份。这本证是凤姐特意为班上所有单身狗做的，公钥就放在证书里面返回给纸条的发起人，证书里面除了公钥还有学号、人名、甚至星座身高三围等各种信息。证书上盖了一个大大的鉴定章，这是凤姐独有的章，表示证上的信息真实性由凤姐保证，看到这个章就可以认为对方是个真·单身狗。

通过这些信息你就可以知道对方是小红还是如花了，这就是证书机制。

显然你会怀疑证书上凤姐的公章是有可能被伪造的，怀疑有理！所以证书上的公章也是非对称加密过的，加密方式跟上面提到的刚好相反：用凤姐的私钥加密，用凤姐公钥就可以解密，这样就可以鉴定证书的真伪。这个公章就是证书的数字签名，具体来说就是先将证书用哈希算法提取摘要，然后对摘要进行加密的过程。另外你也可以直接拿着证书去找凤姐，凤姐就会帮你验证证书的有效性。（证书是有期限的，所以即使是真证书也会可能过期，需要注意）

这个机制看起来相当完善，但是我们要以怀疑一切的态度去做安全机制，凤姐保证的东西是可信任的了。但是，凤姐真的是凤姐吗？？？

所以，凤姐本身也要由证书来保证，凤姐的证书由上一级的班主任颁发，而班主任的证书由校长颁发……这个链一直到最权威的几个机构，这些机构在https体系中就是所谓的根CA。根是不可怀疑的权威，他们为自己带盐，自己证明自己，也就是用自己的。在https证书体系里面，根证书是操作系统/浏览器自带的，我们可以相信被这些机构认证的证书的，从而一层一层推导到凤姐这个级别。

另外，由于证书其实很容易做，地铁口10块一本，无论哈佛还是斯坦福统统10块啦，还自带超大的公章一枚，所以有些公司会自己做证书，根本不去找根CA机构，比如著名的12306。你也可以自己做证书放到网上让用户下载导入浏览器，但因为你没有凤姐的影响力，所以没人会相信你，当然你也许连凤姐都不相信……

通信内容不被篡改

密也加了，凤姐也出来了，是不是这套机制就perfect了呢？NoNoNo，想一下暗恋着你的小明看到你给小红传纸条，心里肯定不爽，虽然看不懂但是还是可以改密文呀。本来你是要约小红半夜三更操场见，结果小明删掉了前半部分的密文，解密后恰好变成了“操场见”，然后小红下课马上往操场跑，而你却跑回宿舍好好洗了个澡……然后，然后小红就跟小明跑了。这种篡改通信内容的场景相信大家都深有体会，我们访问一些站点的时候无缘无故就出现了运营商的广告，这就是运营商给我们的目标站点加料了！！

所以内容的完整性也需要保证，这比较简单：先用哈希算法提取内容摘要，然后对摘要进行加密生成数字签名，验证数字签名就可以判断出通信内容的完整性了。

以上就是https用到技术的简化版，一个http通信流程如下：

大体步骤：

客户端发送Client Hello报文开始SSL通信，报文中包含SSL版本、可用算法列表、密钥长度等。
服务器支持SSL通信时，会以Server Hello报文作为应答，报文中同样包括SSL版本以及加密算法配置，也就是协商加解密算法。
然后服务器会发送Certificate报文，也就是将证书发送给客户端。
客户端发送Client Key Exchange报文，使用3中的证书公钥加密Pre-master secret随机密码串，后续就以这个密码来做对称加密进行通信。
服务器使用私钥解密成功后返回一个响应提示SSL通信环境已经搭建好了。
然后就是常规的http c/s通信。

根据前文所述，在步骤3和步骤6都会使用摘要和签名算法来保证传递的证书和通信内容不被篡改。通过这个流程可以看出，https的核心在于加密，尤其是非对称加密算法被多次使用来传送关键信息。

理解了加密，认识到网络的透明性，抱着怀疑一切的态度，理解https这套体系就变得简单了。

结语

最近在系统地重温http相关的东西，这一篇先介绍了https的基本原理，才疏学浅，文中有不当之处，还望斧正！
后续会介绍https的实际应用、静态服务器的配置等。

附录：未了解https前的一些困惑点

https如何避免中间人劫持？

首先，在申请证书的时候CA会对所要申请的域名进行控制权认证，所以你是不可能用隔壁老王的网站来申请证书的。就算你黑了他的站点，只要老王去申请证书的时候就能发现了。如果中间人劫持了你的dns服务器，将www.icbc.com的解析为中间人的网站，再伪造一个证书，这个证不是权威CA签发的，那么浏览器检查的时候会报警提示用户证书非法。当然用户仍然可以继续操作，比如抢火车票什么的。。。证书上的域名也是www.icbc.com，只是将公钥替换掉。那么浏览器比对证书数字签名的时候就能发现对不上了，二话不说，报警。如果中间人直接用www.icbc.com的真实证书，那么他虽然能收到客户端的消息，但是无法解密，所以也无法响应客户端的请求，劫持无效！

证书的数字签名

之前对哈希算法和数字签名了解不多，了解之后发现其实原理还是挺简单的。哈希算法可以将大量的数据转换成定长的摘要，而且摘要是与输入对应的，输入变化后摘要也会发生变化。所以对数据应用哈希算法求出摘要，比对摘要就可以判断数据是否被篡改过了。证书使用了私钥加密摘要，然后客户端就可以用公钥解密得到摘要，对比哈希算法算出来的摘要就可以判断证书是否被篡改过。另一方面，因为公私钥是成对的，篡改后的证书虽然能求出摘要，但是无法加密出签名，所以摘要和加密组合使用就可以保证证书的真实性了。这里的私钥是证书的发证机构的私钥，也就是CA链上CA加密用户服务器证书，上级CA加密下级CA的证书，从而形成一个信任环。

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