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本文轉載自微信公眾號「程序新視界」，作者二師兄 。轉載本文請聯系程序新視界公眾號。

朋友面試阿里，關于HTTPS被問了三道題，看看你能回到上幾道題。

第一，為什么使用HTTPS之后，通信就安全了?

第二，HTTPS實現通信安全的原理是什么?

第三，使用了HTTPS就絕對安全了嗎?

本篇文章就帶大家一起聊聊HTTPS，順便解答上面三個問題。

關于HTTPS

前面學習過HTTP協議的報文格式及交互模式，我們知道HTTP傳輸的內容本質上就是文本，HTTP/2采用了二進制字節的形式傳輸，但依舊可以進行反編譯。也就是說，在通信的過程中只要攔截對應的請求，就可以獲得通信的報文信息。從這個層面來講，我們說HTTP協議是不安全的。

而HTTPS是身披SSL外殼的HTTP，利用SSL/TLS建立全信道，加密數據包。HTTPS的主要目的是提供對網站服務器的身份認證，同時保護交換數據的隱私與完整性。

在HTTPS通信過程中，會涉及到非對稱加密和對稱加密兩種算法，從而滿足了性能和安全的雙重需要。

HTTPS的特點

HTTPS傳輸的是加密之后的數據，即使被攔截也很難獲得明文。HTTPS有以下特點：

• 內容加密：采用混合加密技術(結合對稱加密和非對稱加密技術)，中間者無法直接查看明文內容;
• 驗證身份：通過證書認證客戶端訪問的是自己的服務器;
• 保護數據完整性：防止傳輸的內容被中間人冒充或者篡改;

關于這些特點，我們可以在原理層面進行逐步分析。

HTTPS協議實現原理

采用HTTPS通信的過程涉及到兩部分：證書驗證和數據傳輸。

HTTPS原理

第一階段，證書獲取及驗證過程：

• 瀏覽器發起一個HTTPS的請求;
• 服務器接收到請求，返回一個HTTPS證書，該證書內包含服務器私鑰對應的公鑰信息;
• 瀏覽器驗證證書是否合法，如果不合法(未經過CA認證或未添加信任)則進行提示。通常位于瀏覽器中URL地址左側有的小鎖圖標處;

第二階段，加密秘鑰傳輸及加密報文傳輸，可以統稱數據傳輸：

• 證書驗證合法或可信任，則在瀏覽器端生成一個隨機數，該隨機數用于通信報文的對稱加密;
• 通過公鑰將隨機數加密，傳輸給服務器;
• 服務器獲得加密的隨機數，使用私鑰進行解密，并存儲隨機數。此時，雙方都有了對稱加密的秘鑰(隨機數);
• 服務器使用隨機數對要傳輸的數據進行對稱加密，并將加密信息返回給客戶端;
• 客戶端獲得加密數據，使用隨機數作為秘鑰，基于對稱加密算法對報文進行解密，渲染呈現給用戶;

關于HTTPS的實現原理總結一下就三步：

• 客戶端向服務器端索要并驗證公鑰;
• 雙方協商生成"對話密鑰";
• 雙方采用"對話密鑰"進行加密通信;

其中前兩步又稱作"握手階段"(handshake)。

上述流程看似簡單，但會延伸出來幾個問題，我們來逐個看看。

如何保證公鑰不被篡改?

解決方法：將公鑰放在數字證書中。只要證書是可信的，公鑰就是可信的。這也是為什么服務器返回的是證書，而不是單純的公鑰。

如何減少公鑰加密耗時問題?

解決方法：每一次對話(session)，客戶端和服務器端都生成一個"對話密鑰"(session key)，用它來加密信息。由于"對話密鑰"是對稱加密，所以運算速度非常快，而服務器公鑰只用于加密"對話密鑰"本身，這樣就減少了加密運算的消耗時間。

這也是為什么在HTTPS通信過程中會生成一個隨機數的原因，它就是“對話密鑰”，用來數據通信的對稱加密，提升算法性能。

另外，一對公私鑰只能實現單向的加解密，所以HTTPS中內容傳輸加密采取的是對稱加密，而不是非對稱加密。

分析完整個HTTPS交互的流程，看似已經完美的方案中其實還有一個漏洞：數據在網絡傳輸中如果被“中間人”掉包了怎么辦?

“中間人”攻擊

我們先來看一下，在基于HTTPS交互的過程中，在通信的過程中公鑰被掉包了會發生什么情況。

中間人攻擊

在上圖中，基本原理就是中間人通過網絡劫持等，將通信過程中的公鑰替換成自己的，然后假裝自己是服務器與客戶端進行通信。從而對信息進行竊取或篡改。

我們知道，公私鑰及證書都是可以自己進行生成的，雖然發起了HTTPS的請求，但如果證書和公私鑰無法保證是否被替換，傳輸的安全性就無法保證。此時，就需要拿出終極武器：SSL證書申購。也稱作CA證書申購。

CA證書

CA是證書的簽發機構，它是公鑰基礎設施(Public Key Infrastructure，PKI)的核心。CA是負責簽發證書、認證證書、管理已頒發證書的機關。有這樣一個權威機構來簽發證書，就確保了證書的可信性(合法性)。

瀏覽器會對服務器返回SSL證書進行驗證：

• 驗證域名、有效期等信息是否正確;
• 判斷證書來源是否合法：每份簽發證書都可以根據驗證鏈查找到對應的根證書，操作系統、瀏覽器會在本地存儲權威機構的根證書，利用本地根證書可以對對應機構簽發證書完成來源驗證;
• 判斷證書是否被篡改：需要與CA服務器進行校驗;
• 判斷證書是否已吊銷，可用于第3步中，以減少與CA服務器的交互，提高驗證效率。

上述條件完全滿足時，才說明該證書合法。

此時，再回到“中間人”攻擊的問題，會發現，當瀏覽器獲取到假公鑰時，通過比對驗證就會發現不合法，進而在瀏覽器層面對用戶進行風險提示。但瀏覽器只會進行風險提示，用戶仍然可以授權信任證書繼續操作。

使用了HTTPS就絕對安全了嗎?

通過上面的學習我們已經知道HTTPS通信是加密的，常規抓包手段是無法獲取報文內容的。但像上面所說的“中間人”攻擊的情況，不顧瀏覽器的安全提醒，繼續進行后續網頁的訪問，則會出現安全問題。

在客戶端授權的情況下，可以組建中間人網絡，而抓包工具便是作為中間人的代理。通常，HTTPS抓包工具會生成一個證書(類比的假證書)，用戶安裝在客戶端或添加信任。此時，客戶端先與抓包工具通信，抓包工具再將請求轉發到服務器，服務器返回的信息，抓包工具可進行處理或輸出，然后再返回給客戶端。

因此，HTTPS的安全性更多的體現在用戶不知情的情況下進行的訪問，如果用戶已知情或主動授信，表明用戶已經明確了風險，此時如果出現中間人攻擊的問題，HTTPS還是不安全的。

本地隨機數的安全

最后，還有一方面的安全需要我們留意，那就是本地隨機數的安全。在HTTPS內容傳輸時采用的是對稱加密，因此秘鑰在客戶端和服務器端均存儲的有。針對本地存儲是隨機數，HTTPS并不能保證它的安全，HTTPS重點關注的是傳輸過程中的安全。

也就是說，本地的安全屬于另一安全范疇，應對的措施有安裝殺毒軟件、反木馬、瀏覽器升級修復漏洞等。

小結

最后，再來看看那三個問題：

第一，為什么使用HTTPS之后，通信就安全了?

HTTPS利用SSL/TLS建立全信道，加密數據包，保證了傳輸安全，防止傳輸過程被監聽、防止數據被竊取，可以確認網站的真實性。

第二，HTTPS實現通信安全的原理是什么?

HTTPS實現安全通信主要通過多種加密方式和身份驗證實現，主要分三步：(1)客戶端向服務器端索要證書并驗證公鑰;(2)雙方協商生成"對話密鑰";(3)雙方采用"對話密鑰"進行加密通信;

其中，證書保證了公鑰的可信與安全，公鑰保證了“對話秘鑰”傳輸的安全，“對話秘鑰”保證了通信報文的安全。

第三，使用了HTTPS就絕對安全了嗎?

HTTPS重點關注傳輸過程中的安全，在用戶不知情的情況下進行網站訪問，瀏覽器會給出安全提示。但如果用戶繼續訪問或設置授信，則會發生“中間人”攻擊的可能性。在某些國家可以控制CA根證書的情況下，中間人攻擊一樣可行。中間人攻擊常發生在公共WIF或路由上。

在本地隨機數(秘鑰)安全方面，HTTPS也無能為力，只能借助殺毒軟件、漏洞升級等來防護。同時，在黑客攻擊、拒絕服務攻擊、服務器劫持等方面，HTTPS幾乎起不到作用。