HTTPS 如何保证通信安全

为什么 HTTP 不安全

HTTP 在计算机网络中属于应用层，是一个基于 TCP/IP 的协议。应用层以下的网络本身就是不安全的，再加上 HTTP 协议在网络中传递的都是明文，而浏览器向服务器发起一次请求实际上会经过很多个路由器，如果中间有不安好心的人，那么可能导致几种情况：

1. 内容被窃听，导致个人银行卡密码这类机密信息泄露。

2. 不验证通信方的身份，通信方可能是伪装的。

3. 无法验证报文完整性，报文可能遭到篡改。

HTTPS 并不是新协议，而是让 HTTP 先和 TLS（Transport Layer Security）通信，再由 TLS 和 TCP 通信，也就是说 HTTPS 使用了隧道进行通信。

TLS 的前身叫 SSL（Secure Sockets Layer），期间经历了几个版本，这里我们认为他们是同一个东西。

通过使用 TLS/SSL，HTTPS 具有了加密（防窃听）、认证（防伪装）和完整性保护（防篡改）。因此本文其实主要是讲 TLS/SSL 如何保证安全。

加密

既然通信本身不安全，那么自然想到可以使用加密算法。现代密码学将加密算法分为 2 种：对称加密和非对称加密。对称加密的加密和解密都使用同一把密钥，问题是显而易见的：如何把密钥通过不安全的网络传递给通信方？非对称加密解决了这个问题，它将密钥分为了公钥和私钥，公钥可以通过网络传递给他人，无需安全传输，私钥自行保管。传递信息时，先将自己的公钥互相传递给对方，然后用对方的公钥加密信息，自己的私钥解密信息，或者自己的私钥加密信息，对方的公钥解密信息。然而非对称加密主要问题在于计算复杂度相当高，计算速度和对称加密差了好几个数量级，并且密钥的长度也决定了它能加密多长的密文，因此实际上 TLS/SSL 是对称加密和非对称加密结合使用，使用非对称加密将对称加密的密钥传递给对方，后续的通信就使用对称加密进行通信来保证通信效率。

实际上，单纯用非对称加密不仅是计算速度上受限制，其实也不能保证通信双方是可信任的，依然避免不了中间人攻击：

这主要是因为公钥在不安全的网络信道中传递也是可能被篡改的，那么要怎么解决呢？这个时候我们需要引入权威的数字证书认证机构（CA，Certificate Authority）和其相关机关颁发的公开密钥证书。

CA 是客户端和服务端都信赖的第三方机构，CA 也有公钥和私钥，公钥一般内置在操作系统中，无需经过网络传递，自然也保证了 CA 公钥的安全性。

具体流程是服务器的运营人员向 CA 提出公钥的申请，CA 在判明申请者的身份（通过指定 DNS 解析、挂载指定文件等方式）之后，会对使用自己（CA）的私钥对该申请者的负载信息（公钥、服务器信息、证书过期时间等）的哈希值做数字签名，然后将数字签名和该申请者的数据放入公钥证书后绑定在一起。

客户端向服务器发起请求时，服务器会先把证书发给客户端，证书分为负载信息和签名，客户端使用 CA 的公钥对签名进行解密得到负载信息的哈希值，再对比真实负载信息的哈希值，如果一致则说明验证通过，可以进行后续的安全通信了。

参考资料

• Man-in-the-middle attack
• Transport Layer Security
• SSL/TLS 协议运行机制的概述