HTTPS应用&TLS握手机制

HTTPS，顾名思义，就是HTTP+S，而这个S是什么呢，它在HTTP的基础上有了什么变化，为什么需要HTTPS呢，就是本篇要讨论的东西了

我是一条可爱的分割线

首先我们来说一下这个S是什么？

S是指TLS安全协议，是在安全套接字SSL协议的基础上发展而来的，HTTP应用协议一起使用，相对于HTTP来说，给网络资源提供了一层保护层，保障万维网访问的安全性

一、TLS工作的协议层

在TCP/IP五层网络模型中，相当于在传输层和应用层之间加入了一层
在ISO七层网络模型中，相当于表示层，在服务器和客户端之间协商一层数据密文传输和解析的方式

二、TLS层的作用

TLS层主要解决两个问题：

验证服务器的身份：服务器通过TLS层向客户端传递数字证书（点击可以查看介绍），客户端查验证书，可以知道与它通讯的服务器是不是别人冒充的。
保证传递信息的保密性：双方通过TLS层，约定对称加密算法和密钥，传输层传输的是密文，可以防止信息被中途窃听。

三、TLS的工作原理

为了解决以上问题，TLS的工作过程可以分为两个阶段：

1.服务端客户端say hello的阶段 – 验证服务器的身份

1.client向server发出建立连接的请求（www.yzmspirit.com）, 并一同发送一个client产生的随机数A，用于后面产生密钥的参数，以及client支持的散列算法和对称加密算法

2.server收到连接请求后，也产生一个随机数B，发送给client，并选择一对server也支持的散列算法和对称加密算法，一起告知client

3.server发送通过CA申请的证书给client，client验证证书的真实性，包括:
- 通过证书的CA数字签名检查证书信息有没有被篡改或者替换
- 证书是否在有效期内
- 证书的申请者信息和domain域是否和server匹配  
    a.验证通过，说明server身份真实，可以建立连接
    b.验证不通过，将不会继续接下来的工作，通过消息提示等告知用户server的身份很可疑    

4.证书验证通过后，server通知客户端server_hello信息，表示hello阶段结束

至此，验证服务器身份的阶段完成了，接下来可以交流深层次的东西了 – 密钥

2.产生密钥，交换密钥和验证密钥的阶段 – 传递信息的保密性

1. server的证书里包含了server非对称加密密钥里的公钥，（常用的就是RSA非对称加密算法）client再次生成一个产生密钥的参数，就是随机数C，用公钥加密后，传递给server，server收到后用自己的私钥解密就得到了随机数C，这就保证了密钥参数里有一个的传递是保密的，不被窃听的，至于非对称加密怎么保证数据的安全性，文后的加密算法有介绍  

2. client通知server接下来交互的信息就要用约定的散列算法和加密算法处理信息了

3. client用随机数A,B,C作为参数，用hello阶段与server约定好的加密算法的密钥生成方法，产生对称密钥Secret_key，再用上述产生的所有参数和一些信息用约定的散列算法生成摘要H1，用密钥Secret_key加密H1后，发送给server，server用同样的方式生成对称密钥和摘要H2，解密收到的加密摘要H1，与H2对比，如果相等，说明生成的密钥可以正常使用，在加密传输的情况下，client发送正常，server接受正常

4. server也回复client，接下来交互的信息就要用约定的散列算法和加密算法处理信息了

5. server再次用上述产生的所有参数和一些信息用约定的散列算法生成摘要H3，用对称密钥加密H3后，发送给client，client用同样的方式验证，验证通过证明在加密传输的情况下，server发送正常，client也接受正常

至此，产生密钥，交换密钥和验证密钥的阶段的阶段也完成了，TLS的握手工作也就完成了

接下来，当然就是server和client通过对称密钥愉快而又隐私的通信：

HTTP和TLS是怎么配合工作的呢？

HTTPS其实就是HTTP与TLS配合工作的产物，以下两点可以说明：

上一节介绍了TLS的握手机制，其实就是代替了HTTP的三次握手阶段，TLS的握手加入了证书的验证，和密钥的产生，所以才让HTTPS有了安全可言
TLS的握手阶段结束后，双方通信的方式就是HTTP协议了，只不过HTTP包里的实际数据内容是对称密钥加密后的密文，多了一个加密解密的过程

为什么需要HTTPS，与HTTP的区别是什么呢？

HTTPS比HTTP更安全，建立在需要验证服务器身份和传递密文的基础上
但是正因为TLS做了很多额外的工作，HTTPS的建立连接和信息交互比HTTP更耗时，所以建议在需要安全性和保密性的网络服务上使用

附录

1. 数字签名

数字签名的作用
验证发送的信息中涂没有被篡改过，注意：信息没有加密，并不保证信息保密信息，如果信息需要保密，可以再全部加密后发送
数字签名的工作过程

1.摘要（单向散列函数获取消息的散列值）和消息，一起用接收者的公钥加密后，发送
2.接收者用自己的私钥解密，计算消息的摘要（用同样的单向散列函数），和正文消息比对有无被篡改

2. 数字证书

要了解数字证书，首先得了解数字签名

数字证书的作用

验证发送者的身份和发送者的公钥可靠性

数字证书的工作过程

1.申请者把公钥和申请信息一起发送给CA
2.CA验证申请信息后提取申请者公钥和信息的摘要，用私钥加密摘要，形成CA的数字签名附在申请者公钥和信息的后面，就产生了数字证书，返回给申请者
3.申请者用CA的公钥解密数字证书，用同样的方式摘要信息，和解密信息对比，无误后此证书可用
4.申请者发送信息时，把数字证书附在后面一起发送给对方，对方利用缓存的CA根证书找到解密这个证书的数字签名，验证成功后得到发送者的公钥和申请信息，浏览器检查申请信息公司名字正常也没过期没问题，那么就证实了发送者的公钥没有问题，确实是可用的公钥，你用公钥解密对方的信息，成功解密就说明对方的身份正常，你就可以与他交互了，其实就是认证文件和公钥确实出于对方

3. 加密算法

非对称加密RSA
1. 选择一对不同的、足够大的素数p，q
2. 计算n=pq
3. 计算n的欧拉函数f(n)=f(p*q)=f(p-1)f(q-1)，同时对p, q严加保密，不让任何人知道
4. 找一个与f(n)互质的数e，且1<e<f(n)
5. 计算d，使得de%f(n)=1
6. 公钥KU=(e,n)，私钥KR=(d,n)
7. 加密时，先将明文变换成0至n-1的一个整数M。若明文较长，可先分割成适当的组，然后再进行交换。设密文为C，则加密过程为：
  C= M^e % n
8. 解密过程为：
  M= C^d % n

对称加密AES
1. 密钥扩散轮：初始密钥矩阵->列位移->列混淆映射->与常量列异或->与第一列异或得第一列->第一列与第二列异或得第二列->第三列与第三列异或得第三列->。。。->扩散成第二个密钥矩阵
  第二个密钥矩阵 -> 重复以上步骤->扩散成第三密钥矩阵重复，中间轮多少次就扩散多少个密钥矩阵
2. 初始轮：
  初始原文->原文矩阵->与初始密码矩阵异或->初始轮结果
3. 中间轮：
  初始轮结果->混淆矩阵：替代字节->行位移->列混淆->第二个密码矩阵->第二轮结果
  重复n轮，n与密码矩阵长度相关，每轮用自己的密码矩阵 -> 最后加密矩阵
不可逆加密MD5

MD5加密的过程是：把原文通过一个单向的散列函数映射成定长的字符输出，就叫这个原文的MD5码，hash算法在计算的过程中会丢弃原文的部分信息。

如果不同的原文产生了相同的MD5码，叫哈希碰撞，通过MD5码的长度来控制碰撞。

MD5不可逆的原因是hash函数一个单向密码体制，只有加密过程没有解密过程。

一般MD5码有128位2进制数，也就是有2^128种可能，理论上一个MD5是可以对应多个原文的，因为MD5是有限多个而原文是无限多个，这也是不可逆的原因之一，知道MD5码，绝不可能百分百确定原文。

MD5一般都用来加密用户密码

补充整理：HTTP的三次握手和四次挥手

三次握手
1. client发送TCP头带SYN=1标志的数据包给server，带随机产生的序列号seq1，请求建立连接
2. server接收后，发送TCP头带SYN=1，ACK=seq1+1，标志的数据包，带随机产生的序列号seq2，给client
```
 验证client发送正常，server接受正常
```
3. client接收ACK后，发送TCP头带ACK=seq2+1标志的数据包给client
```
验证client接收正常，server发送正常
```

SYN=1代表请求建立连接，ACK代表确认收到的数据包序号+1

至此，三次握手才能验证client和server的发送接收都正常，接下来才可以开始正常的通信了

四次挥手
1. client发送TCP头带FIN=1标志的数据包给server，带随机产生的序列号seq3，单方面请求关闭client对server的连接
2. server接收后，发送TCP头带ACK=seq3+1标志的数据包，给client
```
server确认client对server的话说完了，允许client关闭l，但是server对client的话还没说完，server单工发送给client，这种状态叫半关闭状态
```
3. server发送TCP头带FIN=1标志的数据包给client，带随机产生的序列号seq4，请求关闭server对client连接
4. client接收后，发送TCP头带ACK=seq4+1标志的数据包，给server
```
client确认server对client的话说完了，允许server关闭，双方都关闭了，就是全关闭状态
```