HTTPS协议详解

HTTP

当你在浏览器输入一个网址 (例如 http://nosee123.com)的时候，浏览器发起一个 HTTP 请求，带着请求信息 (参见HTTP协议详解)，连接到服务器，把请求信息递给服务器，服务器收到信息之后，解析相关的信息，然后进行处理，再返回浏览器请求的数据。

简单来说是这么一个流程：

小明跟浏览器爸爸说我想要去中关村某个店家拿一些东西 (发起请求)

浏览器爸爸就把小明要的东西记在一张清单上 (生成HTTP协议)

然后浏览器爸爸派出一个线程小弟，噌噌噌跑到中关村的店里，把清单递给店家，说小明要这些东西 (进行传输)

店家让线程小弟稍等，然后去屋子里面拿小明的这些东西 (服务器收到请求)

店家把东西拿出来后，并且也打印了一份清单，让线程小弟带着清单和东西一起拿回去 (服务器处理请求完毕)

然后线程小弟回到浏览器爸爸那边，把服务器给的清单和物品交给浏览器爸爸，浏览器爸爸根据清单核对物品 (浏览器处理响应)

然后把物品打包交给了小明(浏览器渲染并呈现界面)

看图说话：

这其中有个问题，浏览器爸爸和服务器都没有验证清单信息的有效性和对方的身份。万一有人在中间把线程小哥拦下来，暴揍一顿，然后把物品清单给换了怎么办？或者有人把线程小哥在半路上暴揍一顿，拿了清单换了另外一个小哥怎么办？

这是个很严肃的问题：假如服务器要把一些东西锁在柜子里，需要小明给密码才可以打开柜子。然后小明把密码写在清单上让浏览器爸爸交给服务器。这时候，如果这张清单被人拦截下来，不就得到了小明的密码？

简单来说，传输的信息中包含用户密码，被拦截了怎么办？

HTTPS

正因为HTTP请求有这些安全性的问题，所以HTTPS诞生了，致力于解决了这些安全性问题，我们进行一下对比：

那么HTTPS是如何做到更安全的呢？

简单来说，HTTPS 即是在 HTTP 下加入了一层 SSL 加密，所以被称为HTTPS。具体的加密过程则是 公匙加密法：

客户端向服务器索要公匙，然后使用公匙加密信息

服务器收到加密后的信息，用自己的私匙解密

公匙密码和算法都是公开的，而私匙则是保密的。加密使用的公匙和解码使用的密匙都是不相同的，因此这是一个非对称加密算法。

SSL

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。

TLS协议包括TLS Record Protocol和TLS Handshake Protocol。

下图描述了在TCP/IP协议栈中TLS(各子协议）和HTTP的关系:

数字证书

提及 HTTPS ，就会听到大家说需要证书才能部署，那么什么是证书呢？

因为互联网不安全，公匙也是信息的一部分，也是会有被篡改的风险的。所以引入了互联网权威机构 - CA 机构，又称为证书授权 (Certificate Authority) 机构，浏览器会内置这些"受信任的根证书颁发机构" (即 CA)。

服务端向权威的身份鉴定 CA 机构申请数字证书，CA 机构验证了网站之后，会把网站录入到内部列表，采用 Hash 把服务端的一些相关信息生成摘要，然后 CA 机构用自己的私匙，把服务端的公匙和相关信息一起加密，然后给申请证书的服务端颁发数字证书，用于其他客户端 (比如浏览器) 认证这个网站的公匙。

客户端通过服务端下发的证书，找到对应的 CA，然后向 CA 验证这个证书是否有效，CA 验证通过之后，下发服务端的公匙。

因为 CA 是权威并且可信的，所以客户端 (浏览器) 信任 CA，而 CA 又信任经过认证的服务端 ，所以客户端 (浏览器) 也信任这个服务端，这就是信任链 (Chain Of Trust)。

而 CA 颁发的数字证书，一般包含这些信息：

简单来说：为了保证公匙是安全的，所以通过数字证书验证公匙。

加密通信

一条完整的HTTPS请求应该是这样的：

客户端 (浏览器) 发起 HTTP 请求，请求连接服务端，发送支持的加密通信协议 (和版本)，并且生成一个随机数，后续用于生成"对话密钥"。

服务端确认加密通信协议 (和版本)，同时也生成一个随机数，后续用于生成"对话密匙"，并且将 CA 颁发的数字证书，一起发送给客户端。

客户端收到数字证书后，检测内置的"受信任的根证书颁发机构"，查看解开数字证书的公匙是否在。

如果解开数字证书的公匙存在，则使用它解开数字证书，得到正确的服务器公匙，同时再次生成一个随机数，用于服务器公匙加密，并发送给服务器。

此时本地和服务器同时将三个随机数，根据约定的加密方法进行加密，各自生成本次会话的所使用的同一把 "会话密匙" 。

到这里，认证阶段已经完毕，数据传输从非对称加密换成了对称加密(因为考虑到性能)，接下来所有的数据传输都是使用HTTP协议进行传输，只不过使用了 "会话密匙" 来加密内容。

见下图：

参考文献：

linkFly的个人博客：什么是 HTTPS

MSDN博客：SSL Handshake and HTTPS Bindings on IIS

阮一峰的网络日志：数字签名是什么？、SSL/TLS协议运行机制的概述

其它网络文章：What is a Digital Signature