深入解析计算机网络中的HTTP与HTTPS协议及其安全特性

读书笔记 来自图解HTTP

• 通信使用明文&＃xff08;不加密&＃xff09;&＃xff0c;内容可能会被窃听
• 不验证通信方的身份&＃xff0c;因此有可能遭遇伪装
• 无法证明报文的完整性&＃xff0c;所以有可能已遭篡改

以下是对明文的相关加密算法

我们把添加了加密及认证机制的HTTP称为HTTPS&＃xff08;HTTP Secure&＃xff09;。

HTTPS是身披SSL外壳的HTTP

HTTPS并非是应用层的一种新协议。只是HTTP通信接口部分用SSL&＃xff08;Secure Socket Layer&＃xff09;和TLS&＃xff08;Transport Layer Security&＃xff09;协议代替而已。

SSL是独立于HTTP的协议&＃xff0c;所以不光是HTTP协议&＃xff0c;其他运行在应用层的SMTP和Telnet等协议均可配合SSL协议使用。可以说SSL是当今世界上应用最为广泛的网络安全技术。

2.1 相互交换密钥的公开密钥加密技术

SSL采用一种叫做公开密钥加密&＃xff08;Public-key cryptography&＃xff09;的加密处理方式。

近代的加密方法中加密算法是公开的&＃xff0c;而密钥却是保密的。通过这种方式得以保持加密方法的安全性。

加密和解密都会用到密钥。没有密钥就无法对密码解密&＃xff0c;反过来说&＃xff0c;任何人只要持有密钥就能解密了。如果密钥被攻击者获得&＃xff0c;那加密也就失去了意义。

加密和解密同用一个密钥的方式称为共享密钥加密&＃xff08;Common key crypto system&＃xff09;&＃xff0c;也被叫做对称密钥加密。

• 对称加密。密钥只有一个&＃xff0c;加密、解密都是这个密码&＃xff0c;加解密速度快&＃xff0c;典型的对称加密算法有DES、AES、RC4等。
• 非对称加密。密钥成对出现&＃xff0c;分别为公钥与私钥&＃xff0c;从公钥无法推知私钥&＃xff0c;反之&＃xff0c;从私钥也不能推知公钥。加密、解密使用不同的密钥&＃xff0c;公钥加密需要私钥解密&＃xff0c;反之&＃xff0c;私钥加密需要公钥解密。非对称加密速度较慢&＃xff0c;典型的非对称加密算法有RSA、DSA、DSS等。
• Hash算法&＃xff0c;这是一种不可逆的算法&＃xff0c;它常用于验证数据的完整性。

2.2 以共享密钥方式加密时必须将密钥也发给对方。可究竟怎样才能安全地转交&＃xff1f;

使用两把密钥的公开密钥加密

公开密钥加密使用一对非对称的密钥。

一把叫做私有密钥&＃xff08;private key&＃xff09;&＃xff0c;另一把叫做公开密钥&＃xff08;public key&＃xff09;。

顾名思义&＃xff0c;私有密钥不能让其他任何人知道&＃xff0c;而公开密钥则可以随意发布&＃xff0c;任何人都可以获得。

利用这种方式&＃xff0c;不需要发送用来解密的私有密钥&＃xff0c;也不必担心密钥被攻击者窃听而盗走。

2.3 HTTPS采用混合加密机制

2.4 证明公开密钥正确性的证书

公开密钥加密方式还是存在一些问题的。那就是无法证明公开密钥本身就是货真价实的公开密钥。

为了解决上述问题&＃xff0c;可以使用由数字证书认证机构&＃xff08;CA,Certificate Authority&＃xff09;和其相关机关颁发的公开密钥证书。

其流程为:

首先&＃xff0c;**服务器的运营人员向数字证书认证机构提出公开密钥的申请。**数字证书认证机构在判明提出申请者的身份之后&＃xff0c;会对已申请的公开密钥做数字签名&＃xff0c;然后分配这个已签名的公开密钥&＃xff0c;并将该公开密钥放入公钥证书后绑定在一起。

接到证书的客户端可使用数字证书认证机构的公开密钥&＃xff0c;对那张证书上的数字签名进行验证&＃xff0c;一旦验证通过&＃xff0c;客户端便可明确两件事&＃xff1a;
一&＃xff0c;认证服务器的公开密钥的是真实有效的数字证书认证机构。
二&＃xff0c;服务器的公开密钥是值得信赖的。

而使用通信方式时&＃xff0c;如何安全转交是一件很困难的事&＃xff0c;因此&＃xff0c;多数浏览器开发商发布版本时&＃xff0c;会事先在内部植入常用认证机关的公开密钥。

2.5 证书的作用

证书的一个作用是用来证明作为通信一方的服务器是否规范&＃xff0c;另外一个作用是可确认对方服务器背后运营的企业是否真实存在。

参考

步骤1&＃xff1a; 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&＃xff08;Cipher Suite&＃xff09;列表&＃xff08;所使用的加密算法及密钥长度等&＃xff09;。
步骤2&＃xff1a; 服务器可进行SSL通信时&＃xff0c;会以Server Hello报文作为应答。和客户端一样&＃xff0c;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。
步骤3&＃xff1a; 之后服务器发送Certificate报文。报文中包含公开密钥证书。
步骤4&＃xff1a; 最后服务器发送Server Hello Done报文通知客户端&＃xff0c;最初阶段的SSL握手协商部分结束。
步骤5: SSL第一次握手结束之后&＃xff0c;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。
步骤6&＃xff1a; 接着客户端继续发送Change Cipher Spec报文。该报文会提示服务器&＃xff0c;在此报文之后的通信会采用Pre-master secret密钥加密。
步骤7&＃xff1a; 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&＃xff0c;要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准。
步骤8&＃xff1a; 服务器同样发送Change Cipher Spec报文。
步骤9&＃xff1a; 服务器同样发送Finished报文。
步骤10&＃xff1a; 服务器和客户端的Finished报文交换完毕之后&＃xff0c;SSL连接就算建立完成。当然&＃xff0c;通信会受到SSL的保护。从此处开始进行应用层协议的通信&＃xff0c;即发送HTTP请求。
步骤11&＃xff1a; 应用层协议通信&＃xff0c;即发送HTTP响应。
步骤12&＃xff1a; 最后由客户端断开连接。断开连接时&＃xff0c;发送close_notify报文。上图做了一些省略&＃xff0c;这步之后再发送TCP FIN报文来关闭与TCP的通信。

总结一下就是客户端往服务端发送一次请求&＃xff0c;服务端返回证书。这一阶段为证书验证。
验证合法后&＃xff0c;在本地生成&＃xff0c;通过非对称加密的公钥进行加密传送给服务端&＃xff0c;服务端用私钥解密这个随机数作为接下来对称加密传送的信息的密钥。
接下来就是服务端通过客户端传入的随机数构造对称加密算法&＃xff0c;对返回结果内容进行加密后传输。

首先&＃xff1a;非对称加密的加解密效率是非常低的&＃xff0c;而 http 的应用场景中通常端与端之间存在大量的交互&＃xff0c;非对称加密的效率是无法接受的。

另外&＃xff1a;在 HTTPS 的场景中只有服务端保存了私钥&＃xff0c;一对公私钥只能实现单向的加解密&＃xff0c;所以 HTTPS 中内容传输加密采取的是对称加密&＃xff0c;而不是非对称加密。

此外使用SSL时&＃xff0c;服务器的处理速度会变慢。 因为存在加密解密的过程;

数字证书认证机构在判明提出申请者的身份之后&＃xff0c;会对已申请的公开密钥做数字签名&＃xff0c;然后分配这个已签名的公开密钥&＃xff0c;并将该公开密钥放入公钥证书后绑定在一起。