[HTTP] 学习HTTP——HTTPS
前言
因为工作需要，需要用到大量的关于 HTTP 协议的知识，目前掌握的关于 HTTP 请求以及协议的知识都是零散的，打算针对知识盲区系统的学习一些，理清概念。
为什么会出现 HTTPS
因为 HTTP 存在一些难以解决的问题，以下是安全性的问题，这促使产生了 HTTPS。HTTP 在安全性方面，主要有以下的问题。
- HTTP 采用明文传输，内容可能会被窃听
- HTTP 不验证对方的身份，可能会遭遇伪装
- HTTP 不验证内容的完整性，可能会遭遇篡改
既然又了上述问题，那么显然 HTTPS 就是要来解决这些问题。
HTTP + 加密 + 认证 + 完整性验证 = HTTPS
简介
从标题可以看出来，额外添加的功能，实际上正好对应上述 HTTP 所存在的问题，将他们逐个解决就形成了 HTTPS。
这里想先介绍两个概念。
- SSL：Secure Socket Layer 安全套接层, 最初是由网景公司（Netscape）研发，因为发现 HTTP 存在安全性问题。后被IETF（The Internet Engineering Task Force - 互联网工程任务组）标准化后写入（RFCRequest For Comments），RFC里包含了很多互联网技术的规范。
- TLS：由于HTTPS的推出受到了很多人的欢迎，在SSL更新到3.0时，IETF对SSL3.0进行了标准化，并添加了少数机制(但是几乎和SSL3.0无差异)，标准化后的IETF更名为TLS1.0(Transport Layer Security 安全传输层协议)，可以说TLS就是SSL的新版本3.1，并同时发布“RFC2246-TLS加密协议详解”。
这俩段是从网络上搜索得来的，可以看出来平时所说的 SSL/TLS 其实可以理解成一种加密方式即可，没必要分开来看，后文就称之为 SSL 了。得益于网络结构的分层设计，很容易在 HTTP 协议下加上一层。HTTP 一般直接和 TCP 进行通信，而 HTTPS 首先要经过 SSL 层，然后再和 TCP 通信。其实我学到这里的时候，很容易就能想到，有得必有失，HTTPS 增加了安全性，但是同时降低了性能，但是就目前的趋势来看，安全性肯定更重要，所以往后应该基本上都会采用 HTTPS 的方式吧。
到这里，可以认为 HTTPS 相比与 HTTP，多了一层 SSL，用来保证安全性。
- HTTP：HTTP -> TCP
- HTTPS: HTTP -> SSL -> TCP
加密
首先来看看加密，关于加密，就不得不说两种加密手段，对称加密和非对称加密，这两种方法在 HTTPS 中均有体现。
对称加密 🔐
在整个过程中之存在一把密钥，双方都用这一把密钥进行加密。举个例子：A 生成了一把密钥 e，然后将这个密钥以一种安全的方式交给 B。随后，A 利用 e 对信息进行加密并传输给 B，B 利用 e 进行解密，然后同样的用 e 加密信息传递给 A。
这就是对称加密的过程，其中存在一些问题。A 如何将密钥 e 安全的传输给 B ？如果传输过程中密钥 e 被人窃取，那么随后的通信都是不安全的。
非对称加密 🔐
非对称加密过程中会存在两把密钥，一把为公开密钥，一把为私有密钥，用一把密钥进行加密的信息，只能用另一把密钥进行解密。公开密钥可以发送给其他人，其他人使用公开密钥对信息加密，传递给生成密钥的人，生成密钥的人用自己的私有密钥对信息进行解密。举个例子：A 生成了一对公有和私有的密钥，私有密钥自己保管，公有密钥传给 B，B 使用 A 的公有密钥对信息进行加密，传递给 A，A 收到信息后使用私有密钥进行解密。因为私有密钥不用传输，因此极大的提升了安全性。
当然如果 A 要向 B 传递加密信息，也是需要 B 生成一对密钥，然后 A 持有 B 的公有密钥，对信息加密后传递给 B。
HTTPS 采用的方式
非对称加密的速度要比对称加密的速度要慢，如果我们可以安全的传递对称加密中的密钥，那么我们是不是就可以只用对称加密方法了呢？
HTTPS 采用一种混合的方式来处理。先使用非对称加密的方式传递对称加密方法中的密钥，随后的通信采用对称加密的方式。
认证
现在有了加密阶段的工作，HTTP 看起来似乎安全了一些，但是还是有问题，如何将对称加密中的公有密钥传递给其他人，你怎么能保证公有密钥不被篡改、替换等？感觉如果只有两个人的话，始终无法解决这个问题。这个时候出现了第三方，权威可信的机构（果然，最后还是得靠信任，如果权威可信的机构某天变得不可信了的话,......）
使用由数字证书认证机构(CA，Certificate Authority)和其相关机关颁发的公开密钥证书，可以很大程度上解决以上的问题。
- 服务器运营方 A，向 CA 提出申请，把公有密钥登记到 CA。
- CA 用自己的私有密钥对 A 的公有密钥签名，并颁发一个数字证书。
- 客户端提前内置了可信的 CA 的公有密钥。
到这里离线的步骤已经做完了，下面是通信的部分。
- 服务器给客户端发送公钥证书
- 客户端收到证书后，利用 CA 的公钥对 证书的签名进行验证，来判断服务器的公钥是否可信。
- 如果可信，则开始后续的通信，也就是“加密”小节 HTTPS 采用的方式。
这里插一句，好奇上网搜了一下证书的价格，发现还是不便宜的，现在似乎是一门生意了。
完整性验证
如何验证内容的完整性？这里用到了消息验证码 (Message Authentication Code)，应用层发送数据时会附加一种叫做 MAC(Message Authentication Code)的报文摘要。 MAC能够查知报文是否遭到篡改，从而保护报文的完整性。下面简单介绍一下 MAC。
前提：双方都持有对称加密中的公有密钥
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发送方使用一些公开的 MAC 算法，输入消息和公有密钥，产生一个 MAC 值。
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发送方将消息与 MAC 一起转发。
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在接收到消息和 MAC 后，接收方将接收到的消息和公有密钥 K 送到 MAC 算法中，并重新计算 MAC 值。
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接收方检查新计算的 MAC 与从发送方接收到的 MAC 是否相等。如果它们匹配，则接收方接受消息。
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如果计算出的 MAC 与发送方发送的 MAC 不匹配，则接收方无法确定是消息被篡改还是来源被篡改，不接受消息。
完整的 HTTPS 通信步骤
基本上 HTTPS 就依靠以上这些步骤来建立安全的通信，下面看一个实际的例子。这里是复制的《图解HTTP》 一书中的案例，向作者致敬！
- 客户端通过发送 Client Hello 报文开始 SSL 通信。报文中包含客户端支持的 SSL 的指定版 本、加密组件(Cipher Suite)列表(所使用的加密算法及密钥长度等)。
- 服务器可进行 SSL 通信时，会以 Server Hello 报文作为应答。和客户端一样，在报文中包含 SSL 版本以及加密组件。服务器的加密组件内容是从接收到的客户端加密组件内筛选出来的。
- 之后服务器发送 Certificate 报文。报文中包含公开密钥证书。
- 最后服务器发送 Server Hello Done 报文通知客户端，最初阶段的 SSL 握手协商部分结束。
- SSL 第一次握手结束之后，客户端以 Client Key Exchange 报文作为回应。报文中包含通信加 密中使用的一种被称为 Pre-master secret 的随机密码串。该报文已用步骤 3 中的公开密钥进行加密。
- 接着客户端继续发送 Change Cipher Spec 报文。该报文会提示服务器，在此报文之后的通信 会采用 Pre-master secret 密钥加密。
- 客户端发送 Finished 报文。该报文包含连接至今全部报文的整体校验值。这次握手协商是否 能够成功，要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准。
- 服务器同样发送 Change Cipher Spec 报文。
- 服务器同样发送 Finished 报文。
- 服务器和客户端的 Finished 报文交换完毕之后，SSL 连接就算建立完成。当然，通信会受到 SSL 的保护。从此处开始进行应用层协议的通信，即发送 HTTP 请求。
- 应用层协议通信，即发送 HTTP 响应。
- 最后由客户端断开连接。断开连接时，发送 close_notify 报文。上图做了一些省略，这步之 后再发送 TCP FIN 报文来关闭与 TCP 的通信。
总结
- HTTPS 比 HTTP 更加安全，主要是利用了 SSL/TLS，HTTP 先和它们通信，然后再经过TCP。
- SSL 利用非对称加密来建立 SSL，后续通过对称加密来传递信息。
- SSL 的非对称加密的公钥通过 CA 颁发的证书，利用 CA 的公钥来验证，一般内置在客户端中。
- 报文的完整性，通过消息验证码（MAC）来验证。
