不希望负担变轻,只希望肩膀变强
本文参考转载阮一峰老师的这篇文章
都说HTTPS比HTTP更安全,WHY?主要就是因为HTTPS比HTTP多一个SSL/TLS协议。可以说,互联网的安全,是建立在SSL/TLS协议之上的。
SSL/TLS使用非对称加密,即加密使用的秘钥和解密使用的秘钥是不相同的。
本文简要介绍SSL/TLS协议的运行机制。文章的重点是设计思想和运行过程,不涉及具体的实现细节。
作用
不使用SSL/TLS的HTTP通信,就是不加密的通信。所有信息明文传播,带来了三大风险。
1 | (1) 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。 |
SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的,希望达到:
1 | (1) 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听。 |
互联网是开放环境,通信双方都是未知身份,这为协议的设计带来了很大的难度。而且,协议还必须能够经受所有匪夷所思的攻击,这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。
基本运行过程
SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法,也就是说,客户端先向服务器端索要公钥,然后用公钥加密信息,服务器收到密文后,用自己的私钥解密。(即非对称加密,加密和解密的秘钥不同)
但是,这里有两个问题。
(1)如何保证公钥不被篡改?
1 | 解决方法:将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的,公钥就是可信的。 |
(2)公钥加密计算量太大,如何减少耗用的时间?
1 | 解决方法:每一次对话(session),客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"(session key),用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密,所以运算速度非常快,而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身,这样就减少了加密运算的消耗时间。 |
因此,SSL/TLS协议的基本过程是这样的:
1 | (1) 客户端向服务器端索要并验证公钥。 |
上面过程的前两步,又称为”握手阶段”(handshake)。
HTTPS四次握手详细过程
“握手阶段”的所有通信都是明文的。
客户端发出请求(ClientHello)
首先,客户端(通常是浏览器)先向服务器发出加密通信的请求,这被叫做ClientHello请求。
在这一步,客户端主要向服务器提供以下信息。
1 | (1) 支持的协议版本,比如TLS 1.0版。 |
这里需要注意的是,客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说,理论上服务器只能包含一个网站,否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。
对于虚拟主机的用户来说,这当然很不方便。2006年,TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展,允许客户端向服务器提供它所请求的域名。
服务器回应(SeverHello)
服务器收到客户端请求后,向客户端发出回应,这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。
1 | (1) 确认使用的加密通信协议版本,比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信。 |
除了上面这些信息,如果服务器需要确认客户端的身份,就会再包含一项请求,要求客户端提供”客户端证书”。比如,金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络,就会向正式客户提供USB密钥,里面就包含了一张客户端证书。
客户端回应
客户端收到服务器回应以后,首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期,就会向访问者显示一个警告,由其选择是否还要继续通信。
如果证书没有问题,客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后,向服务器发送下面三项信息。
1 | (1) 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听。 |
上面第一项的随机数,是整个握手阶段出现的第三个随机数,又称”pre-master key”。有了它以后,客户端和服务器就同时有了三个随机数,接着双方就用事先商定的加密方法,各自生成本次会话所用的同一把”会话密钥”。
至于为什么一定要用三个随机数,来生成”会话密钥”,dog250解释得很好:
1 | "不管是客户端还是服务器,都需要随机数,这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的,因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。 |
此外,如果前一步,服务器要求客户端证书,客户端会在这一步发送证书及相关信息。
服务器的最后回应
服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后,计算生成本次会话所用的”会话密钥”。然后,向客户端最后发送下面信息。
1 | (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。 |
至此,整个握手阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进入加密通信,就完全是使用普通的HTTP协议,只不过用”会话密钥”加密内容。
如下图: