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https加密与http协议有何不同?

发布: / 2019-04-05 / 已有 7565 点赞

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    最近大家在使用百度、谷歌或淘宝的时候,是不是注意浏览器左上角已经全部出现了一把绿色锁,这把锁表明该网站已经使用了 HTTPS 进行保护。仔细观察,会发现这些网站已经全站使用 HTTPS。同时,iOS 9 系统默认把所有的 http 请求都改为 HTTPS 请求。随着互联网的发展,现代互联网正在逐渐进入全站 HTTPS 时代。

https

    因此有开发同学会问:

    全站 HTTPS 能够带来怎样的优势?HTTPS 的原理又是什么?同时,阻碍 HTTPS 普及的困难是什么?

    为了解答大家的困惑,腾讯TEG架构平台部静态加速组工程师刘强,为大家综合参考多种资料并经过实践验证,探究 HTTPS 的基础原理,分析基本的 HTTPS 通信过程,迎接全站 HTTPS 的来临。

    1.HTTPS 基础

    HTTPS(Secure Hypertext Transfer Protocol)安全超文本传输协议 它是一个安全通信通道,它基于HTTP开发,用于在客户计算机和服务器之间交换信息。它使用安全套接字层(SSL)进行信息交换,简单来说它是HTTP的安全版,是使用 TLS/SSL 加密的 HTTP 协议。

    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。

    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。

    2.TLS/SSL 原理

    HTTPS 协议的主要功能基本都依赖于 TLS/SSL 协议,本节分析安全协议的实现原理。

    TLS/SSL 的功能实现主要依赖于三类基本算法:散列函数 Hash、对称加密和非对称加密,其利用非对称加密实现身份认证和密钥协商,对称加密算法采用协商的密钥对数据加密,基于散列函数验证信息的完整性。

    散列函数 Hash,常见的有 MD5、SHA1、SHA256,该类函数特点是函数单向不可逆、对输入非常敏感、输出长度固定,针对数据的任何修改都会改变散列函数的结果,用于防止信息篡改并验证数据的完整性;对称加密,常见的有 AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等,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,能够防止信息窃听,通信方式是1对1;非对称加密,即常见的 RSA 算法,还包括 ECC、DH 等算法,算法特点是,密钥成对出现,一般称为公钥(公开)和私钥(保密),公钥加密的信息只能私钥解开,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互相解密信息,只能和掌握私钥的服务器进行加密通信,服务器可以实现1对多的通信,客户端也可以用来验证掌握私钥的服务器身份。

    在信息传输过程中,散列函数不能单独实现信息防篡改,因为明文传输,中间人可以修改信息之后重新计算信息摘要,因此需要对传输的信息以及信息摘要进行加密;对称加密的优势是信息传输1对1,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,且缺少修改密码的机制;非对称加密的特点是信息传输1对多,服务器只需要维持一个私钥就能够和多个客户端进行加密通信,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,加密速度慢。

    结合三类算法的特点,TLS 的基本工作方式是,客户端使用非对称加密与服务器进行通信,实现身份验证并协商对称加密使用的密钥,然后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,不同的节点之间采用的对称密钥不同,从而可以保证信息只能通信双方获取。

    3.PKI 体系 3.1 RSA 身份验证的隐患

    身份验证和密钥协商是 TLS 的基础功能,要求的前提是合法的服务器掌握着对应的私钥。但 RSA 算法无法确保服务器身份的合法性,因为公钥并不包含服务器的信息,存在安全隐患:

    客户端 C 和服务器 S 进行通信,中间节点 M 截获了二者的通信;

    节点 M 自己计算产生一对公钥 pub_M 和私钥 pri_M;

    C 向 S 请求公钥时,M 把自己的公钥 pub_M 发给了 C;

    C 使用公钥 pub_M 加密的数据能够被 M 解密,因为 M 掌握对应的私钥 pri_M,而 C 无法根据公钥信息判断服务器的身份,从而 C 和 M 之间建立了“可信”加密连接;

    中间节点 M 和服务器S之间再建立合法的连接,因此 C 和 S 之间通信被M完全掌握,M 可以进行信息的窃听、篡改等操作。

    另外,服务器也可以对自己的发出的信息进行否认,不承认相关信息是自己发出。

    因此该方案下至少存在两类问题:中间人攻击和信息抵赖。

    3.2 身份验证-CA 和证书

    解决上述身份验证问题的关键是确保获取的公钥途径是合法的,能够验证服务器的身份信息,为此需要引入权威的第三方机构 CA。CA 负责核实公钥的拥有者的信息,并颁发认证“证书”,同时能够为使用者提供证书验证服务,即 PKI 体系。

    基本的原理为,CA 负责审核信息,然后对关键信息利用私钥进行“签名”,公开对应的公钥,客户端可以利用公钥验证签名。CA 也可以吊销已经签发的证书,基本的方式包括两类 CRL 文件和 OCSP。CA 使用具体的流程如下:

    a.服务方 S 向第三方机构CA提交公钥、组织信息、个人信息(域名)等信息并申请认证;

    b.CA 通过线上、线下等多种手段验证申请者提供信息的真实性,如组织是否存在、企业是否合法,是否拥有域名的所有权等;

    c.如信息审核通过,CA 会向申请者签发认证文件-证书。

    证书包含以下信息:申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 CA 的信息、有效时间、证书序列号等信息的明文,同时包含一个签名;

    签名的产生算法:首先,使用散列函数计算公开的明文信息的信息摘要,然后,采用 CA 的私钥对信息摘要进行加密,密文即签名;

    d.客户端 C 向服务器 S 发出请求时,S 返回证书文件;

    e.客户端 C 读取证书中的相关的明文信息,采用相同的散列函数计算得到信息摘要,然后,利用对应 CA 的公钥解密签名数据,对比证书的信息摘要,如果一致,则可以确认证书的合法性,即公钥合法;

    f.客户端然后验证证书相关的域名信息、有效时间等信息;

    g.客户端会内置信任 CA 的证书信息(包含公钥),如果CA不被信任,则找不到对应 CA 的证书,证书也会被判定非法。

    在这个过程注意几点:

    a.申请证书不需要提供私钥,确保私钥永远只能服务器掌握;

    b.证书的合法性仍然依赖于非对称加密算法,证书主要是增加了服务器信息以及签名;

    c.内置 CA 对应的证书称为根证书,颁发者和使用者相同,自己为自己签名,即自签名证书;

    d.证书=公钥+申请者与颁发者信息+签名;

    3.3 证书链

    如 CA 根证书和服务器证书中间增加一级证书机构,即中间证书,证书的产生和验证原理不变,只是增加一层验证,只要最后能够被任何信任的CA根证书验证合法即可。

    a.服务器证书 server.pem 的签发者为中间证书机构 inter,inter 根据证书 inter.pem 验证 server.pem 确实为自己签发的有效证书;

    b.中间证书 inter.pem 的签发 CA 为 root,root 根据证书 root.pem 验证 inter.pem 为自己签发的合法证书;

    c.客户端内置信任 CA 的 root.pem 证书,因此服务器证书 server.pem 的被信任。

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