最近有客戶反饋，注意瀏覽器左上角已經(jīng)全部出現(xiàn)了一把綠色鎖，這把鎖表明該網(wǎng)站已經(jīng)使用了 HTTPS 進(jìn)行保護(hù)。仔細(xì)觀察，會發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)站已經(jīng)全站使用 HTTPS。同時，iOS 9 系統(tǒng)默認(rèn)把所有的 http 請求都改為 HTTPS 請求。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)正在逐漸進(jìn)入全站 HTTPS 時代。
全站 HTTPS 能夠帶來怎樣的優(yōu)勢？HTTPS 的原理又是什么？
為了解答大家的困惑，騰訊TEG架構(gòu)平臺部靜態(tài)加速組高級工程師劉強(qiáng)，為大家綜合參考多種資料并經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，探究 HTTPS 的基礎(chǔ)原理，分析基本的 HTTPS 通信過程，迎接全站 HTTPS 的來臨。
 
1.HTTPS 基礎(chǔ)
HTTPS(Secure Hypertext Transfer Protocol)安全超文本傳輸協(xié)議 它是一個安全通信通道，它基于HTTP開發(fā)，用于在客戶計算機(jī)和服務(wù)器之間交換信息。它使用安全套接字層(SSL)進(jìn)行信息交換，簡單來說它是HTTP的安全版,是使用 TLS/SSL 加密的 HTTP 協(xié)議。
HTTP 協(xié)議采用明文傳輸信息，存在信息竊聽、信息篡改和信息劫持的風(fēng)險，而協(xié)議 TLS/SSL 具有身份驗(yàn)證、信息加密和完整性校驗(yàn)的功能，可以避免此類問題。
TLS/SSL 全稱安全傳輸層協(xié)議 Transport Layer Security, 是介于 TCP 和 HTTP 之間的一層安全協(xié)議，不影響原有的 TCP 協(xié)議和 HTTP 協(xié)議，所以使用 HTTPS 基本上不需要對 HTTP 頁面進(jìn)行太多的改造。

2.TLS/SSL 原理
HTTPS 協(xié)議的主要功能基本都依賴于 TLS/SSL 協(xié)議，本節(jié)分析安全協(xié)議的實(shí)現(xiàn)原理。
TLS/SSL 的功能實(shí)現(xiàn)主要依賴于三類基本算法：散列函數(shù) Hash、對稱加密和非對稱加密，其利用非對稱加密實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商，對稱加密算法采用協(xié)商的密鑰對數(shù)據(jù)加密，基于散列函數(shù)驗(yàn)證信息的完整性。

散列函數(shù) Hash，常見的有 MD5、SHA1、SHA256，該類函數(shù)特點(diǎn)是函數(shù)單向不可逆、對輸入非常敏感、輸出長度固定，針對數(shù)據(jù)的任何修改都會改變散列函數(shù)的結(jié)果，用于防止信息篡改并驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性；對稱加密，常見的有 AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等，相同的密鑰可以用于信息的加密和解密，掌握密鑰才能獲取信息，能夠防止信息竊聽，通信方式是1對1；非對稱加密，即常見的 RSA 算法，還包括 ECC、DH 等算法，算法特點(diǎn)是，密鑰成對出現(xiàn)，一般稱為公鑰(公開)和私鑰(保密)，公鑰加密的信息只能私鑰解開，私鑰加密的信息只能公鑰解開。因此掌握公鑰的不同客戶端之間不能互相解密信息，只能和掌握私鑰的服務(wù)器進(jìn)行加密通信，服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)1對多的通信，客戶端也可以用來驗(yàn)證掌握私鑰的服務(wù)器身份。
 
在信息傳輸過程中，散列函數(shù)不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)信息防篡改，因?yàn)槊魑膫鬏敚虚g人可以修改信息之后重新計算信息摘要，因此需要對傳輸?shù)男畔⒁约靶畔⒄M(jìn)行加密；對稱加密的優(yōu)勢是信息傳輸1對1，需要共享相同的密碼，密碼的安全是保證信息安全的基礎(chǔ)，服務(wù)器和 N 個客戶端通信，需要維持 N 個密碼記錄，且缺少修改密碼的機(jī)制；非對稱加密的特點(diǎn)是信息傳輸1對多，服務(wù)器只需要維持一個私鑰就能夠和多個客戶端進(jìn)行加密通信，但服務(wù)器發(fā)出的信息能夠被所有的客戶端解密，且該算法的計算復(fù)雜，加密速度慢。

結(jié)合三類算法的特點(diǎn)，TLS 的基本工作方式是，客戶端使用非對稱加密與服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證并協(xié)商對稱加密使用的密鑰，然后對稱加密算法采用協(xié)商密鑰對信息以及信息摘要進(jìn)行加密通信，不同的節(jié)點(diǎn)之間采用的對稱密鑰不同，從而可以保證信息只能通信雙方獲取。

3.PKI 體系 3.1 RSA 身份驗(yàn)證的隱患
身份驗(yàn)證和密鑰協(xié)商是 TLS 的基礎(chǔ)功能，要求的前提是合法的服務(wù)器掌握著對應(yīng)的私鑰。但 RSA 算法無法確保服務(wù)器身份的合法性，因?yàn)楣€并不包含服務(wù)器的信息，存在安全隱患:
客戶端 C 和服務(wù)器 S 進(jìn)行通信，中間節(jié)點(diǎn) M 截獲了二者的通信；節(jié)點(diǎn) M 自己計算產(chǎn)生一對公鑰 pub_M 和私鑰 pri_M;C 向 S 請求公鑰時，M 把自己的公鑰 pub_M 發(fā)給了 C;C 使用公鑰 pub_M 加密的數(shù)據(jù)能夠被 M 解密，因?yàn)?M 掌握對應(yīng)的私鑰 pri_M，而 C 無法根據(jù)公鑰信息判斷服務(wù)器的身份，從而 C 和 M 之間建立了”可信”加密連接;中間節(jié)點(diǎn) M 和服務(wù)器S之間再建立合法的連接，因此 C 和 S 之間通信被M完全掌握，M 可以進(jìn)行信息的竊聽、篡改等操作。
另外，服務(wù)器也可以對自己的發(fā)出的信息進(jìn)行否認(rèn)，不承認(rèn)相關(guān)信息是自己發(fā)出。
因此該方案下至少存在兩類問題：中間人攻擊和信息抵賴。

3.2 身份驗(yàn)證-CA 和證書
解決上述身份驗(yàn)證問題的關(guān)鍵是確保獲取的公鑰途徑是合法的，能夠驗(yàn)證服務(wù)器的身份信息，為此需要引入權(quán)威的第三方機(jī)構(gòu) CA。CA 負(fù)責(zé)核實(shí)公鑰的擁有者的信息，并頒發(fā)認(rèn)證”證書”，同時能夠?yàn)槭褂谜咛峁┳C書驗(yàn)證服務(wù)，即 PKI 體系。
基本的原理為，CA 負(fù)責(zé)審核信息，然后對關(guān)鍵信息利用私鑰進(jìn)行”簽名”，公開對應(yīng)的公鑰，客戶端可以利用公鑰驗(yàn)證簽名。CA 也可以吊銷已經(jīng)簽發(fā)的證書，基本的方式包括兩類 CRL 文件和 OCSP。CA 使用具體的流程如下：
a.服務(wù)方 S 向第三方機(jī)構(gòu)CA提交公鑰、組織信息、個人信息(域名)等信息并申請認(rèn)證；
b.CA 通過線上、線下等多種手段驗(yàn)證申請者提供信息的真實(shí)性，如組織是否存在、企業(yè)是否合法，是否擁有域名的所有權(quán)等；
c.如信息審核通過，CA 會向申請者簽發(fā)認(rèn)證文件-證書。
證書包含以下信息：申請者公鑰、申請者的組織信息和個人信息、簽發(fā)機(jī)構(gòu) CA 的信息、有效時間、證書序列號等信息的明文，同時包含一個簽名；
簽名的產(chǎn)生算法：首先，使用散列函數(shù)計算公開的明文信息的信息摘要，然后，采用 CA 的私鑰對信息摘要進(jìn)行加密，密文即簽名；
d.客戶端 C 向服務(wù)器 S 發(fā)出請求時，S 返回證書文件；
e.客戶端 C 讀取證書中的相關(guān)的明文信息，采用相同的散列函數(shù)計算得到信息摘要，然后，利用對應(yīng) CA 的公鑰解密簽名數(shù)據(jù)，對比證書的信息摘要，如果一致，則可以確認(rèn)證書的合法性，即公鑰合法；
f.客戶端然后驗(yàn)證證書相關(guān)的域名信息、有效時間等信息；
g.客戶端會內(nèi)置信任 CA 的證書信息(包含公鑰)，如果CA不被信任，則找不到對應(yīng) CA 的證書，證書也會被判定非法。
 
在這個過程注意幾點(diǎn)：
a.申請證書不需要提供私鑰，確保私鑰永遠(yuǎn)只能服務(wù)器掌握；
b.證書的合法性仍然依賴于非對稱加密算法，證書主要是增加了服務(wù)器信息以及簽名；
c.內(nèi)置 CA 對應(yīng)的證書稱為根證書，頒發(fā)者和使用者相同，自己為自己簽名，即自簽名證書；
d.證書=公鑰+申請者與頒發(fā)者信息+簽名；