HTTPS

在引入 HTTPS 之前，我们首先来看看已有的 HTTP 存在什么问题呢？因为 HTTP 通过明文传输数据，所以存在下列问题：

1. 数据被监听，网络链路上的节点都可以获取到传输的内容。
2. 数据被篡改，在传输过程中被第三方拦截并篡改内容（中间人攻击）。
3. 数据被冒充，用户端无法确认服务器是真正的目标服务器。

为了解决这些问题，提出了 HTTPS 协议，它的的全称是 Hypertext Transfer Protocol Secure （安全的超文本传输协议），在传统的 HTTP 应用层和 TCP 传输层之间加入了 SSL （Secure Socket Layer，安全套接字层）/TSL（Transport Layer Security，传输层安全协议），从而实现了数据的加密与校验。

对于 HTTPS 请求，它的流程如下图所示，：

整个过程中有一些有意思的地方，接下来分开讲一讲。

非对称加密与对称加密

首先介绍一下非对称加密与对称加密：

• 对称加密：加密方和解密方使用同一个密钥（key），假如这个密钥丢丢失的话就容易造成信息泄漏，它的优点是加解密速度非常快。
• 非对称加密：有公钥（public key）和私钥（private key）两个密钥，其中公钥用于加密，私钥用于解密，因而公钥可以让所有人知道都没有关系，只要私钥不泄漏就不会导致密文被破解，它的缺点是加解密速度比较慢。

HTTPS 使用的是 混合加密，即在不同的阶段使用不同的加密方式：

• 浏览器端随机生成的加密密钥是通过非对称加密的方式发送给服务器端，也就是上图中的步骤 5。
• 浏览器和服务端内容数据的加解密通过对称加密的方式，例如上图中的步骤 7/8。

那么为什么要用混合加密呢？仅使用一种加密方式的话会碰到哪些问题呢？这里主要是出于两方面的考虑：

• 如果仅使用对称加密的话：需要把密钥在客户端和服务端之间通过网络传递，但是刚开始 HTTPS 通道建立的时候，整个通道还不可信，因而存在密钥泄漏的风险。
• 如果仅使用非对称性加密的话：首先需要客户端也有自己用于加解密的公钥与私钥， 其次非对称加密的加解密速度较慢，对于传输大量内容时，会产生严重的性能问题。

证书信任链

在 HTTPS 中，非常关键的一环就是客户端如何验证服务器端证书的有效性，也就是上图中的步骤 3/4。

首先我们来看证书是什么样子的，这里以 https://elvinn.cn 为例，点击地址栏旁边的小锁图标，可以看到如下的信息：

可以看到证书里包含了有效期、申请地区、签发机构等，更关键的是证书里包含了对包含公钥在内整体信息的摘要签名值，从而让浏览器在接受到证书时，根据摘要签名值校验证书是否为真。

假如网站证书的内容被修改的话，客户端会利用上一级证书的公钥对网站证书的摘要签名进行验证，若不符合的话则认为证书被篡改。

这里就会出现一个问题，怎么验证上一级证书的有效性呢？实际上，上一级证书通过相同的方式又利用它的上一级证书（也就是上上级证书）的公钥进行摘要签名的验证，从而一直校验到最上级的证书，也就是根证书（root certificate），而根证书是所有信任的起点，被内置在操作系统当中，从而形成了“信任链”。

有一些有意思的问题也值得思考：

1. 为什么需要中间证书呢？ 因为证书的签发机构会由于各种各样的原因导致被取消信任（例如沃通 WoSign 证书被拒绝承认），当中间证书被取消信任时，由它签发的下级证书也都会失效，所以通过中间证书的形式，可以将这种影响控制在一个较小的范围内。
2. 假如网站证书被部署在了第三方的虚假服务器上会有影响吗？ 网站证书没被篡改的情况下，客户端会用正确的公钥进行加密，只要虚假服务器上没获得相应的私钥，那么也无法解密客户端的数据。

中间人

既然 HTTPS 是一种端对端的加密通讯协议，那么作为网络中的节点真的就没有办法获取到数据的内容了吗？在实际中，可以通过中间人（man-in-the-middle）实现数据的劫持，也就是说中间人分别与两端创建连接，交换其收到的数据。

大家可以回忆一下自己平时本地开发的时候，仍然可以通过 Fiddler、Charles 和 whistle 等代理抓包工具解密 HTTPS 请求中的数据，这又是为什么呢？

其实这也是中间人的一种应用，整个通讯过程可以简单的用下图来表示：

Server <---> man in the middle <---> Browser
         ^                       ^
      HTTPS(1)                HTTPS(2)

HTTPS(1) 这部分连接冒充浏览器比较容易，因为 HTTPS 服务器一般不认证客户端身份，而 HTTPS(2) 这部分想冒充服务器则比较困难，因为此时需要对应域名的证书私钥，这时候有三种办法：

1. 拿到真实的域名证书私钥。
2. 自己签发一张证书导入到操作系统当中。
3. 从 CA 处签发一张同样域名的证书，从而得到新的一份可用的公私钥。

上面的方法 1 和 2 在平时的开发中都可能用到，例如刚才提到的 Fiddler、Charles 和 whistle 等都是向操作系统中导入了自己签发的根证书从而可以揭秘 HTTPS 数据。