HTTPS的二三事

前几篇博文都是有关HTTPS的东西,有人可能会问,什么是HTTPS?为什么要用HTTPS?

因此,本文主要来解答这些疑惑

Https的故事

  1. Alice和Bob是情人,他们每周都要写信。Alice 写好后,送到邮局,邮局通过若干个快递员到Bob,Bob回信过程类似。这是可以看成的简单的http的传输。
  2. 有一天,Alice觉得,要是写的信中途被人拆开了呢?毕竟一些小秘密不想让人知道啊。于是和Bob商定,采用加密的方法写。加密的方法比如使用古典密码的方案,如凯撒密码(A->E,B->F,即每个字母向右移动4个,(y + 4) mod 26)。这样加密了信的内容。
  3. 但是有一天,Alice收到Bob的信,信的内容经过解密后为分手之类的话。Alice跑去问Bob,Bob发现有人伪造了自己的信件,于是Alice和Bob商定,以后信上最后按上自己的指纹(就是数字证书),用来保证这封信别人伪造不了,此外,还用上校验码(数字签名),将信的内容经过hash,附带在信的末尾。在收信的一方收到后,首先查看是否有对方的指纹,并计算hash值和信的末尾所附带的是否一致,如果一致才进行解密查看。其实这样通信可以说从http到了https。

为什么需要HTTPS

通过上面的故事,现在可以来介绍一下https了。

https也叫做HTTP over TLS, HTTP over SSL, and HTTP Secure,Https 相比http来说,加密了传输过程和数据,能有效的保证了数据来源的可靠性、保密性以及数据的完整性。

  • 保密性从何说起呢?这个很好理解。再http中,数据使用明文传输,容易受到第三方的窃取和修改,用户的隐私也容易泄漏。而使用https后,对于传输过程和数据都进行了加密,使得数据难以被窃听,隐私也不容易被泄漏。
  • 数据的完整性呢?http中数据为明文,可能会被中间的劫持,然后修改。比较著名的有流量劫持,可以看知乎: 如何看待众多互联网公司联合声明:呼吁运营商严格打击流量劫持?。而https加密了内容,并且对传输的数据进行了校验,一旦被篡改,通信双方回立刻发现。
  • 此外,还有来源的可靠性。比如访问hrwhisper.me,你可能访问一台假的服务器,而该服务器提供和真正服务器不一样的内容。使用https,服务器提供了身份的证书,能防止身份被冒充。

Https的过程

1. 客户端问候Clinethello

客户端向浏览器发出加密通信的请求。
这个请求有如下信息:

  • 支持的加密通信协议版本、加密算法
  • 随机数(一个时间戳加上28字节的随机数),后面用于生成对话密钥。

2. 服务器问候SeverHello

服务器接收到客户端请求,发送问候,该问候包含以下信息:

  • 确认使用的加密通信协议版本和加密方法,比如TLS 1.2版本以及RSA公钥加密。(如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信。)
  • 一个服务器生成的随机数,稍后用于生成”对话密钥”。
  • 服务器证书。

3. 客户端回应

客户端受到服务器问候后,首先会验证服务器证书是否真实有效。该证书需要和服务器的域名一致,且在有效期内,并且由可信机构CA颁布。若该证书无效,会向用户显示警告,由用户选择是否继续访问(典型的看12306)。如果证书没有问题,客户端向服务器发送下面的信息:

  • 随机数(pre-master secret),且该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听
  • 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
  • 客户端握手结束信息。前面发送的所有内容的hash值,用来供服务器校验。

4. 服务器的最后回应

服务器收到客户端的pre-master secret后,结合之前的两个随机数,计算生成本次会话所用的“会话密钥”,然后向客户端发送下面信息:

  • 编码改变通知
  • 服务器握手结束信息。前面发送的所有内容的hash值,用来供客户端校验。

 

经历了四次握手后,客户端与服务器进入加密通信,其实之后就是普通的http协议,只不过用会话密钥加密加密内容。此外,一般而言,https连接只在第一次握手时使用非对称加密,通过握手交换对称加密密钥,在之后的通信走对称加密。因为一般而言,如RSA等非对称加密耗费的CPU资源较大。

 

Https的几个问题

会话密钥

会话密钥是怎么产生的呢?客户端和服务器在Hello都产生了一个随机数,结合pre-master secret一起生成了会话密钥(服务器和客户端由相同的三个随机数)。可以看如下图

为什么上面的需要3个随机数,而不是只用pre-master secret生成会话密钥?

因为每个主机并不是都能产生完全的随机数的。有很多产生的只是弱随机数而已,比如范围小,可能被猜测。如果该随机数被破解,那么之前一系列握手都是没什么用的。因此用三个随机数一起生成密钥能使得伪随机数更接近随机。

数字签名和数字证书

https中使用了数字签名和数字证书。
数字签名是私人的,用于加密摘要和报文。
数字证书是由CA中心派发的,用于证明身份。
详情可以看  数字签名是什么?

Https一定安全么

不一定。

比如使用弱密钥交换协议 Diffie-Hellman 。

此外,也和使用的安全传输协议有关,建议的是使用TLS1.0以上的版本(如TLS1.0, TLS1.1,TLS1.2,TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1,TLS 1.1为SSL 3.2,TLS 1.2为SSL 3.3。)而SSL2.0有严重的漏洞,SSL3.0也有 https://www.openssl.org/~bodo/ssl-poodle.pdf

如果你的站点采用了https,可以用可以用https://www.ssllabs.com/ssltest/ 测试安全性。

HSTS协议

HSTS的作用是强制客户端(如浏览器)使用HTTPS与服务器创建连接。可在保证安全性的前提下,提高网站的响应速度。此外HSTS可以很大程度上解决SSL剥离攻击,因为只要浏览器曾经与服务器创建过一次安全连接,之后浏览器会强制使用HTTPS,即使链接被换成了HTTP。

 

小结

Https 为我们带来更安全的传输。Chrome 56中,将输入密码的非https网站标记为不安全。 Google 把https 作为网站排名的一个因素……

https需要数字证书,那么如何获取证书呢?过去证书需要购买,而现在我们应该感谢 Let’s Encrypt 项目,可以免费的签发个人的证书,这样能更好的推广https, 从而有一天真正实现Https as default。

关于Let’s Encrypt获取证书可以参考本博客 Let’s Encrypt! Centos 获取https证书攻略

参考资料

本博客若无特殊说明则由 hrwhisper 原创发布
转载请点名出处:细语呢喃 > HTTPS的二三事
本文地址:https://www.hrwhisper.me/introduction-to-https/

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