深入理解Https

我们知道，http请求在网络中明文传输的，毫无隐私可言。以前经常遇到打开某个知名门户网站，右下角居然跳出联通的小广告。因为http的不保密性，运营商可以肆意地窥看信息，篡改响应内容，比如给自己打个广告什么的。当然，随着时代的进步，必然会出现遏制恶势力的救世主，怎么个救法呢？且听我娓娓道来。

怎么保证我的内容不被运营商修改？加密呗，加了密他肯定看不懂了吧。不过问题来了，我这加了密，运营商看不懂，客户也看不懂啊。一定的想办法把解密的方法告诉客户才行。可是我要把解密方法发给客户还得经过运营商，那不是白扯。

问题很严重，难道没办法了？显然不可能，不然我也不会在这里逼逼叨了。

这时候我们有请第一位英雄出场：非对称加密

你可能会问，什么是非对称加密？别急，他还有一位兄弟你肯定认识：对称加密。什么，也不认识？好吧。简单解释一下你肯定明白了：一把锁配一把钥匙，上锁开锁都必须使用这同一把钥匙，你要是用锁把门锁了，用这把钥匙就可以开门。这不是废话么。这其实就是对称加密，一个锁和唯一的一把钥匙对称。缺点显而易见，隔壁老王偷偷拿了你的钥匙多磨了一把，以后岂不是随意进你家门了。说完他兄弟，我们还是回到非对称加密，什么是非对称加密呢？举个栗子：

你去河边捡了个鹅卵石，一怒之下将其摔成了两半。好了，在这世界上你找不出第三块石头能和它俩任意一个完美契合的了。如果有人用左半边石头加密了一串文本，有且只有另一半石头能解开这个密码。你只要保管好右半边的石头，任何人用左半边加密的内容都可以被你解开，再也不用担心左半边石头丢失的问题了。这就是著名的RSA非对称加密算法，基于大数的因式分解数学难题，也是应用最广泛的非对称加密算法。

人们把左、右半边石头分别称为公钥和私钥，那么解决运营商劫持问题可以这样：

客户A发起请求
服务器B收到请求，生成自己的公钥和密钥，将公钥返回给客户A
客户A收到返回的公钥，使用这个公钥对自己要发送的内容加密，发送给服务器B
服务器B收到加密后的内容，使用之前生成的私钥解密，得到内容
服务器B使用自己的私钥加密响应体，返回给客户A
客户A收到服务器B的响应，使用之前的公钥对其解密，得到内容

是不是很完美？

当然不是。看似网络中传输的内容都已经加密了啊，并且私钥也没有暴露出去，有啥问题呢？

一个很大的隐患就是，假设这个运营商特别狡猾，当服务器B返回公钥给客户A的时候，偷偷将这个公钥劫持，自己再造一份公钥和密钥，将这个假的公钥发给客户，与客户建立连接。这就是经典的中间人攻击。

那怎么解决呢，有请我们的第二位英雄出场：数字证书

数字证书是由权威的CA机构颁发给服务商的一种身份证明，标识某个公钥是可以信任的，有了这个标识，我们的改良方案就成了这样：

网站B，先去一个认证认证机构（CA），提供自己的网站信息和公钥，生成一个数字证书下放到网站B上。这个证书上有CA的签名，签名是通过签名算法和上级CA的私钥生成的。
用户A访问网站B，首先会收到网站B发来的数字证书
浏览器需要对这个数字证书的真实性进行校验(因为证书有可能被篡改)
如果验证通过，用户A从数字证书中取出网站B的公钥，用这个公钥将一个对称加密的key加密，发送给网站B。
网站B收到这个加密的key，用自己的私钥解密出来，然后后续双方所有的通信内容就会基于这个对称加密的key来加解密了

其中就有一个很大的问题，浏览器如何验证我们的证书没有被篡改过呢？

这就需要用到 数字签名 ，签名生成过程如下：

使用某一种哈希算法，对证书中的信息（供应商、过期时间、网站公钥等）计算出一个哈希值
CA使用自己的私钥对这个哈希值加密，得到数字签名

浏览器在拿到一个签名后，首先使用同样的哈希算法对证书内容进行求值，得到一个哈希值，然后用这个CA的公钥（权威机构的公钥通常已经被预先安装到了系统里），对签名解密，得到另一个哈希值。
如果这两个哈希值相等，则这个数字证书没有被篡改过。

中间人因为得不到CA的私钥，所以即便篡改了信息也没法加密。

对称加密和非对称加密

这世上存在两种加密算法：对称加密(symmetric cryptography)和非对称加密(asymmetric cryptography)。

对称加密：对称加密算法的特点是加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的。好比一把锁，上锁和开锁使用的是同一把钥匙。
非对称加密：在非对称加密算法中，有公钥和私钥两种密钥，其中，公钥是公开的，不需要保密，私钥由个人持有，必须妥善保管和注意保密。加密和解密使用两种不同的密钥，是它得名的原因。估计大家都听说过RSA，这就是一种常见的，应用很广的非对称加密算法。

常见的加密算法：

对称加密	非对称加密	信息摘要
AES(128) DES(64) Blowfish(64) CAST(64) IDEA(64) RC2(64) RC5(64)	DH RSA DSA EC	MD2 MD5 MDC2 SHA RIPEMD DSS

SSL/TLS

什么是SSL？全称是：Secure Sockets Layer，一种协议，定义了用来对网络发出数据的进行加密解密的格式和规则。
TLS（Transport Layer Security）和SSL类似，可以将其与SSL视为同一东西的不同阶段。
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。

如何保证公钥不被篡改？

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。

公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？

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：

客户端向服务器端索要并验证公钥。
双方协商生成”对话密钥”。
双方采用”对话密钥”进行加密通信。

上面过程的前两步，又称为”握手阶段”（handshake）

HTTPS

http是一种应用层通信协议，SSL/TLS是一种用在传输层的加密协议，于是两者一拍即合，出于安全通信的目的，http配合SSL/TLS就成为了HTTPS。

OpenSSL

什么是OpenSSL？它是在程序上对SSL标准的一个实现，提供了：

libcrypto通用加密库
libssl TLS/SSL的实现
openssl命令行工具

SSH

一个使用了OpenSSL加密的通信工具，提供了很多安全功能。

CA

(certificate authority)证书管理机构

数字证书

可以这么理解，数字证书是一个网站的身份证，当网站的响应返回时会携带这个身份证，告诉客户端其身份

比如：X.509v3证书由三部分组成：

tbsCertificate (to be signed certificate)，待签名证书。
SignatureAlgorithm，签名算法。
SignatureValue，签名值。

tbsCertificate又包含10项内容，在HTTPS握手过程中以明文方式传输：

Version Number，版本号。
Serial Number，序列号。
Signature Algorithm ID，签名算法ID。
Issuer Name，发行者。
Validity period，有效时间。
Subject name ，证书主体名称。
Subject Public Key Info ，证书主体公钥信息，包含公钥算法和公钥值。
Issuer Unique Identifier (optional)，发行商唯一ID。
Subject Unique Identifier (optional)，主体唯一ID。
Extensions (optional)，扩展。

消息摘要（message digest）

函数是一种用于判断数据完整性的算法，也称为散列函数或哈希函数，函数返回的值叫散列值，散列值又称为消息摘要或者指纹（fingerprint）。这种算法是一个不可逆的算法，因此你没法通过消息摘要反向推倒出消息是什么。所以它也称为单向散列函数。下载软件时如何确定是官方提供的完整版呢，如果有中间人在软件里面嵌入了病毒，你也不得而知。所以我们可以使用散列函数对消息进行运算，生成散列值，通常软件提供方会同时提供软件的下载地址和软件的散列值，用户把软件下载后在本地用相同的散列算法计算出散列值，与官方提供的散列值对比，如果相同，说明该软件是完成的，否则就是被人修改过了。常用的散列算法有MD5、SHA。

消息认证码（MAC，Message Authentication Code）

使用 MAC 验证消息完整性的具体过程是：假设通信双方 A 和 B 共享密钥 K，A用消息认证码算法将 K 和消息 M 计算出消息验证码 Mac，然后将 Mac 和 M 一起发送给 B。B 接收到 Mac 和 M 后，利用 M 和 K 计算出新的验证码 Mac，若 Mac和Mac 相等则验证成功，证明消息未被篡改。由于攻击者没有密钥 K，攻击者修改了消息内容后无法计算出相应的消息验证码，因此 B 就能够发现消息完整性遭到破坏。

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