HTTPS 协议

超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，简称：HTTPS）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS 经由 HTTP 进行通信，利用 SSL/TLS 来加密数据包。HTTPS 的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性

HTTP 协议采用明文传输信息，存在信息窃听、信息篡改和信息劫持的风险，而协议 TLS/SSL 具有身份验证、信息加密和完整性校验的功能，可以避免此类问题发生。

安全层的主要职责就是对发起的HTTP请求的数据进行加密操作 和 对接收到的HTTP的内容进行解密操作。

TLS/SSL 的工作原理

TLS/SSL 全称安全传输层协议（Transport Layer Security）, 是介于 TCP 和 HTTP 之间的一层安全协议，不影响原有的 TCP 协议和 HTTP 协议，所以使用 HTTPS 基本上不需要对 HTTP 页面进行太多的改造。

TLS/SSL的功能实现主要依赖三类基本算法：散列函数hash、对称加密、非对称加密。这三类算法的作用如下：

• 基于散列函数验证信息的完整性
• 对称加密算法采用协商的密钥对数据加密
• 非对称加密实现身份认证和密钥协商

散列函数 hash

常见的散列函数有MD5、SHA1、SHA256（其中 MD5、SHA1 已被证实存在碰撞攻击，现行安全场景应使用 SHA-256 及以上）。该函数的特点是单向不可逆，对输入数据非常敏感，输出的长度固定，任何数据的修改都会改变散列函数的结果，可以用于防止信息篡改并验证数据的完整性。

特点：在信息传输过程中，散列函数不能单独实现信息防篡改，由于传输是明文传输，中间人可以修改信息后重新计算信息的摘要，所以需要对传输的信息和信息摘要进行加密。

对称加密

对称加密的方法是，双方使用同一个密钥对数据进行加密和解密。但是对称加密存在一个问题，就是如何保证密钥传输的安全性，因为密钥还是会通过网络传输的，一旦密钥被其他人获取到，那么整个加密过程就毫无作用了。 这就要用到非对称加密的方法。

常见的对称加密算法有 AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等（DES、3DES 已被淘汰，主流推荐 AES-GCM）。相同的密钥可以用于信息的加密和解密。掌握密钥才能获取信息，防止信息窃听，其通讯方式是一对一。

特点：对称加密的优势就是信息传输使用一对一，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和N个客户端通信，需要维持N个密码记录且不能修改密码。

非对称加密

非对称加密的方法是，我们拥有两个密钥，一个是公钥，一个是私钥。公钥是公开的，私钥是保密的。用私钥加密的数据，只有对应的公钥才能解密，用公钥加密的数据，只有对应的私钥才能解密。我们可以将公钥公布出去，任何想和我们通信的客户， 都可以使用我们提供的公钥对数据进行加密，这样我们就可以使用私钥进行解密，这样就能保证数据的安全了。但是非对称加密有一个缺点就是加密的过程很慢，因此如果每次通信都使用非对称加密的方式的话，反而会造成等待时间过长的问题。

常见的非对称加密算法有RSA、ECC、DH等。密钥成对出现，一般称为公钥（公开）和私钥（保密）。公钥加密的信息只有私钥可以解开，私钥加密的信息只能公钥解开，因此掌握公钥的不同客户端之间不能相互解密信息，只能和服务器进行加密通信，服务器可以实现一对多的通信，客户端也可以用来验证掌握私钥的服务器的身份

特点：非对称加密的特点就是信息一对多，服务器只需要维持一个私钥就可以和多个客户端进行通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密的速度慢

综合上述算法特点，TLS/SSL的工作方式就是客户端使用非对称加密与服务器进行通信，实现身份的验证并协商对称加密使用的密钥。对称加密算法采用协商密钥对信息以及信息摘要进行加密通信，不同节点之间采用的对称密钥不同，从而保证信息只能通信双方获取。这样就解决了两个方法各自存在的问题

数字证书

现在的方法也不一定是安全的，因为没有办法确定得到的公钥就一定是安全的公钥。可能存在一个中间人，截取了对方发给我们的公钥，然后将他自己的公钥发送给我们，当我们使用他的公钥加密后发送的信息，就可以被他用自己的私钥解密。然后他伪装成我们以同样的方法向对方发送信息，这样我们的信息就被窃取了，然而自己还不知道。为了解决这样的问题，可以使用数字证书。

首先使用一种 Hash 算法来对公钥和其他信息进行哈希运算，生成一个信息摘要，然后让有公信力的认证中心（简称 CA）用它的私钥对消息摘要加密，形成签名。最后将原始的信息和签名合在一起，称为数字证书。当接收方收到数字证书的时候，先根据原始信息使用同样的 Hash 算法生成一个摘要，然后使用认证中心（CA）的公钥来对数字证书中的摘要进行解密，最后将解密的摘要和生成的摘要进行对比，就能发现得到的信息是否被更改了

这个方法最重要的是认证中心的可靠性，一般浏览器里会内置一些顶层的认证中心的证书，相当于我们自动信任了他们，只有这样才能保证数据的安全

HTTPS 通信（握手）过程

HTTPS 的通信过程如下：

1. 客户端向服务器发起请求，请求中包含使用的协议版本号、生成的一个随机数、以及客户端支持的加密方法。
2. 服务器端接收到请求后，确认双方使用的加密方法、并给出服务器的证书、以及一个服务器生成的随机数。
3. 客户端确认服务器证书有效后，生成一个新的随机数，并使用数字证书中的公钥，加密这个随机数，然后发给服务器。并且还会提供一个前面所有内容的 hash 的值，用来供服务器检验。
4. 服务器使用自己的私钥，来解密客户端发送过来的随机数。并提供前面所有内容的 hash 值来供客户端检验。
5. 客户端和服务器端根据约定的加密方法使用前面的三个随机数，生成对话密钥，以后的对话过程都使用这个密钥来加密信息。

注：以上是 TLS 1.2 及更早版本（RSA 密钥交换）的典型握手流程。TLS 1.3（RFC 8446，2018 年定稿）已弃用 RSA 密钥交换，改用 (EC)DHE 临时密钥协商，握手缩短至 1-RTT，并支持 0-RTT 会话恢复。

HTTPS 的特点

HTTPS 的优点如下：

• 使用 HTTPS 协议可以认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户端和服务器；
• 使用 HTTPS 协议可以进行加密传输、身份认证，通信更加安全，防止数据在传输过程中被窃取、修改，确保数据安全性；
• HTTPS 是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对的安全，但是大幅增加了中间人攻击的成本；

HTTPS 的缺点如下：

• HTTPS 需要做服务器和客户端双方的加密和解密处理，耗费更多服务器资源，过程复杂；
• HTTPS 协议握手阶段比较费时，增加页面的加载时间；
• SSL 证书是收费的，功能越强大的证书费用越高；
• HTTPS 连接服务器端资源占用高很多，支持访客稍多的网站需要投入更大的成本；
• SSL 证书需要绑定 IP，不能在同一个 IP 上绑定多个域名（早期限制；随着 SNI 的普及，同一 IP 托管多个 HTTPS 域名已可行）。

HTTPS 是如何保证安全的？

结合两种加密方式，将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。

此时又带来一个问题，中间人问题：

如果此时在客户端和服务器之间存在一个中间人，这个中间人只需要把原本双方通信互发的公钥，换成自己的公钥，这样中间人就可以轻松解密通信双方所发送的所有数据。

所以这个时候需要一个安全的第三方颁发证书（CA），证明服务器的身份，防止被中间人攻击。 证书中包括：签发者、证书用途、使用者公钥、使用者的HASH算法、证书到期时间等。

但是问题来了，如果中间人篡改了证书，那么身份证明是不是就无效了？这个证明就白买了，这个时候需要一个新的技术，数字签名。

数字签名就是用 CA 自带的 HASH 算法对证书的内容进行HASH得到一个摘要，再用 CA 的私钥加密，最终组成数字签名。当别人把他的证书发过来的时候，我再用同样的 Hash 算法，再次生成消息摘要，然后用 CA 的公钥对数字签名解密，得到 CA 创建的消息摘要，两者一比，就知道中间有没有被人篡改了。这个时候就能最大程度保证通信的安全了

HTTP 和 HTTPS 协议的区别

HTTP 和 HTTPS 协议的主要区别如下：

• HTTPS 协议需要 CA 证书，费用较高；HTTP 协议不需要（自 Let's Encrypt 等免费证书服务普及后，证书成本已大幅降低）
• HTTP 协议是超文本传输协议，信息是明文传输的，HTTPS 则是具有安全性的 SSL 加密传输协议
• 使用不同的连接方式，端口也不同，HTTP 协议端口是 80，HTTPS 的协议端口是 443
• HTTP 协议连接很简单，是无状态的；HTTPS 协议是由 SSL 和 HTTP 协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比 HTTP 更加安全