摘要：前言全網(wǎng)勢(shì)在必行全稱，是為了保證客戶端與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩o法證明報(bào)文的完整性，可能已遭到篡改所謂完整性是指信息的準(zhǔn)確度。簡(jiǎn)單來說，與組合使用的被稱為超文本傳輸安全協(xié)議或。通過這種方式來保持加密方法的安全性。

HTTPS（全稱：HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是為了保證客戶端與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?近兩年，Google、Baidu、Facebook 等這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，不謀而合地開始大力推行 HTTPS， 國(guó)內(nèi)外的大型互聯(lián)網(wǎng)公司很多也都已經(jīng)啟用了全站 HTTPS，這也是未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，作為前端工程師，了解HTTPS的原理也是必修課之一。
2019年離全網(wǎng)使用HTTPS已經(jīng)不遠(yuǎn)了，列舉幾個(gè)各大互聯(lián)網(wǎng)公司為鼓勵(lì)使用HTTPS而提出的要求：
1.Google的搜索引擎算法，讓采用 HTTPS 的網(wǎng)站在搜索中排名更靠前；
2.蘋果要求App Store中的所有應(yīng)用都必須使用 HTTPS 加密連接；
3.微信小程序也要求必須使用 HTTPS 協(xié)議；
4.新一代的 HTTP/2 協(xié)議的支持需以 HTTPS 為基礎(chǔ)；
5.新版本chrome已將HTTP協(xié)議網(wǎng)站標(biāo)記不安全

HTTP協(xié)議從誕生至今已經(jīng)具有相當(dāng)優(yōu)秀和方便的一面，然而HTTP并非只有好的一面，事物皆具兩面性，它的不足之處也是很明顯：

通信使用明文傳輸，內(nèi)容可能會(huì)被竊聽

不驗(yàn)證通信方的身份，因此有可能遭遇偽裝

無法證明報(bào)文的完整性，所以有可能已經(jīng)遭到篡改

除此之外，HTTP本身還有很多缺點(diǎn)。而且，還有像某些特定的Web服務(wù)器和特定的Web瀏覽器在實(shí)際應(yīng)用中存在的不足（也可以說成是脆弱性或安全漏洞），另外，用Java和PHP等編程語言開發(fā)的Web應(yīng)用也可能存在安全漏洞。

由于HTTP本身不具備加密的功能，所以也無法做到對(duì)通信整體（使用HTTP協(xié)議通信的請(qǐng)求和響應(yīng)的內(nèi)容）進(jìn)行加密。所以，HTTP報(bào)文使用明文方式發(fā)送。如果要問為什么通信時(shí)不加密是一個(gè)缺點(diǎn)，這是因?yàn)椋碩CP/IP協(xié)議族的工作機(jī)制，通信內(nèi)容在所有的通信線路上都有可能遭到窺視。
所謂互聯(lián)網(wǎng)，是由能連通到全世界的網(wǎng)絡(luò)組成，無論世界哪個(gè)角落的服務(wù)器在和客戶端通信時(shí)，在此通信線路上的某些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纜、計(jì)算機(jī)等都不可能是個(gè)人的私有物，所以不排除某個(gè)環(huán)節(jié)中會(huì)遭到惡意窺視行為。
即使已經(jīng)過加密處理的通信，也會(huì)被窺視到通信內(nèi)容，這點(diǎn)和未加密的通信是相同的。只是說如果通信經(jīng)過加密，就有可能讓人無法破解報(bào)文信息的含義，但加密處理后的報(bào)文信息本身還是會(huì)被看到。
竊聽相同段上的通信并非難事。只需要收集在互聯(lián)網(wǎng)上流動(dòng)的數(shù)據(jù)包就行。對(duì)于收集來的數(shù)據(jù)包的解析工作，可以交給那些抓包或嗅探工具。

HTTP協(xié)議中的請(qǐng)求和相應(yīng)不會(huì)對(duì)通信方進(jìn)行確認(rèn)。也就是說存在“服務(wù)器是否就是發(fā)送請(qǐng)求中URI真正指定的主機(jī)，返回的響應(yīng)是否真的返回到實(shí)際提出請(qǐng)求的客戶端”等類似問題。
在HTTP協(xié)議通信時(shí)，由于不存在確認(rèn)通信方的處理步驟，任何人都可以發(fā)送請(qǐng)求，同時(shí)，服務(wù)器只要接收到請(qǐng)求，只要發(fā)送端的IP地址和端口號(hào)沒有被Web服務(wù)器設(shè)定限制訪問，不管對(duì)方是誰都會(huì)返回一個(gè)響應(yīng)，因此會(huì)存在以下各種隱患：

無法確定請(qǐng)求發(fā)送至目標(biāo)的Web服務(wù)器是否是按真實(shí)意圖返回響應(yīng)的那臺(tái)服務(wù)器，有可能是已偽裝的Web服務(wù)器。

無法確定響應(yīng)返回到的客戶端是否是按真實(shí)意圖接收響應(yīng)的那個(gè)客戶端，有可能是已偽裝的客戶端。

無法確定正在通信的對(duì)方是否具備訪問權(quán)限。因?yàn)槟承￤eb服務(wù)器上保存著重要的信息，指向發(fā)給特定用戶通信的權(quán)限。

無法判定請(qǐng)求是來自何方、出自誰手。

及時(shí)是無意義的請(qǐng)求也會(huì)照單全收。無法阻止海量請(qǐng)求下的DoS攻擊（Denial of Service,拒絕服務(wù)攻擊）。

所謂完整性是指信息的準(zhǔn)確度。若無法證明其完整性，通常也就意味著無法判斷信息是否準(zhǔn)確。
因此，在請(qǐng)求或響應(yīng)送出之后知道對(duì)方接收之前的這段時(shí)間內(nèi)，即使請(qǐng)求或相應(yīng)的內(nèi)容遭到篡改，也沒有辦法獲悉。
換句話說，沒有任何辦法確認(rèn)，發(fā)出的請(qǐng)求、響應(yīng)和接收到的請(qǐng)求、響應(yīng)是前后相同的。文件內(nèi)容在傳輸中可能已經(jīng)被村改為其他內(nèi)容，像這樣，請(qǐng)求或響應(yīng)在傳輸途中遭攻擊者攔截并篡改內(nèi)容的攻擊成為中間人攻擊（Man-in-the-Middle attack,MITM)。

上面提了那么多HTTP的缺點(diǎn)自然在HTTPS中我們得解決它，下面我們來看看HTTPS是如何保證我們數(shù)據(jù)傳輸安全的。

HTTPS并非是應(yīng)用層的一種新協(xié)議。知識(shí)HTTP通信接口部分用SSL(Secure Socket Layer，安全套階層)和TLS（Transport Layer Security，安全傳輸層協(xié)議)協(xié)議代替而已。
通常,HTTP直接和TCP通信。當(dāng)使用SSL時(shí)，則變成先和SSL通信，再由SSL和TCP通信了。簡(jiǎn)單來說，與SSL組合使用的HTTP被稱為HTTPS（HTTP Secure,超文本傳輸安全協(xié)議）或HTTP over SSL。
采用了SSL后，HTTP就擁有了HTTPS的加密、證書和完整性保護(hù)這些功能。SSL是獨(dú)立于HTTP的協(xié)議，所以不光是HTTP協(xié)議，其它運(yùn)行在應(yīng)用層的SMTP和Telnet等協(xié)議均可配合SSL協(xié)議使用。可以說SSL是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。

近代的加密算法中加密算法是公開的，而密鑰是保密的。通過這種方式來保持加密方法的安全性。

加密和解密要用到密鑰，如果沒有密鑰就沒有辦法對(duì)密碼解密。換句話來說，任何人只要持有密鑰就能夠?qū)γ芪倪M(jìn)行解密。

HTTPS在加密過程中使用了非對(duì)稱加密技術(shù)和對(duì)稱加密技術(shù)。

采用單鑰密碼系統(tǒng)的加密方式，同一個(gè)密鑰可以同時(shí)做信息的加密和解密，這種加密的方法稱為對(duì)稱加密，也稱為單密鑰加密。

下面會(huì)把對(duì)稱加密算法稱為共享密鑰加密算法。

假如現(xiàn)在，SSL在通信過程中，使用了對(duì)稱加密算法，也就是說客戶端和服務(wù)器同時(shí)共享一個(gè)密鑰。

于是，以共享密鑰的方式加密，必須將密鑰發(fā)給對(duì)方。這個(gè)時(shí)候，假如通信過程被監(jiān)聽，密鑰被攻擊者獲取了，那么這個(gè)時(shí)候也就失去了加密的意義了。

那么，有沒有辦法解決這個(gè)問題呢？答案是肯定的，也就是使用兩把密鑰。

下面先看使用兩把密鑰的非對(duì)稱加密算法。

與對(duì)稱加密算法相反，非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰來進(jìn)行加密和解密，這兩個(gè)密鑰是配對(duì)的，分別是公開密鑰（公鑰）和私有密鑰（私鑰）。

一般情況下，公鑰是可以被公開的，它主要用來加密明文。而相應(yīng)的，私鑰不能被公開，用來解密公鑰加密的密文。

值得注意的是：公鑰加密后的密文只能通過對(duì)應(yīng)的私鑰來解密，而私鑰加密的密文卻可以通過對(duì)應(yīng)的公鑰來解密。

以上，公鑰加密私鑰解密用來加密，私鑰加密公鑰解密用來簽名。相關(guān)用途后面會(huì)講到。

下面會(huì)把非對(duì)稱加密算法稱為公開密鑰加密算法。

于是現(xiàn)在，假設(shè)現(xiàn)在由服務(wù)器來生成一對(duì)公鑰和密鑰。

當(dāng)客戶端第一次發(fā)請(qǐng)求和服務(wù)器協(xié)商的時(shí)候，服務(wù)器就生成了一對(duì)公鑰和私鑰。

緊接著，服務(wù)器把公鑰發(fā)給客戶端（明文，不需要做任何加密），客戶端接收后，隨機(jī)生成一個(gè)密鑰，使用服務(wù)器發(fā)過來的公鑰進(jìn)行加密。

再接著，客戶端把使用公鑰加密的密鑰發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器接收到了以后，用配對(duì)的私鑰進(jìn)行解密，就得到了客戶端隨機(jī)生成的那個(gè)密鑰。

這個(gè)時(shí)候，客戶端和服務(wù)端所持的密鑰都是相同的。此時(shí)，交換密鑰環(huán)節(jié)就完成了。

于是通信開始時(shí)就可進(jìn)行上面所述的共享密鑰加密方式來進(jìn)行加密。

可能，有小伙伴就會(huì)問，為什么要大費(fèi)周章使用非對(duì)稱加密的方式，然后再得到相同的密鑰，進(jìn)行共享密鑰加密的通信呢？

由于公開密鑰加密處理起來比共享密鑰加密方式更為復(fù)雜，因此在通信的時(shí)候使用公開密鑰加密的方式，效率很低。

于是，我們需要使用非對(duì)稱加密的方式來保證密鑰共享的過程中密鑰的安全性，而后在通信的過程中使用對(duì)稱加密算法，這是最合理的設(shè)計(jì)方式，在保證安全性的同時(shí)又保證了性能。

所以，HTTPS采用共享密鑰加密和公開密鑰加密兩者并用的混合加密機(jī)制。在交換密鑰使用環(huán)節(jié)使用公開密鑰加密方式，之后建立的通信交換報(bào)文階段則使用共享密鑰加密方式。

以上，大概就是使用對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密的過程。看似過程很完美，其實(shí)還存在著一個(gè)問題，就是：如何保證服務(wù)器傳過來的公開密鑰的正確性。換句話說，就是保證它不被攔截篡改。

假如現(xiàn)在正準(zhǔn)備和某臺(tái)服務(wù)器建立公開密鑰加密方式下的通信，如何證明客戶端收到的公開密鑰就是原本預(yù)想的那臺(tái)服務(wù)器發(fā)行的公開密鑰呢？或許，在公開密鑰傳輸?shù)倪^程中，真正的公開密鑰可能已經(jīng)被攻擊者替換掉了。

為了解決這個(gè)問題，可以使用由數(shù)字證書機(jī)構(gòu)和其相關(guān)頒發(fā)的公開密鑰證書。

下面闡述一下數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)（簡(jiǎn)稱CA）的業(yè)務(wù)流程：

首先，服務(wù)器的運(yùn)營(yíng)人員向數(shù)字證書機(jī)構(gòu)提出公開密鑰的申請(qǐng)。數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)在判明提出申請(qǐng)者的身份之后，會(huì)對(duì)已申請(qǐng)的公開密鑰做數(shù)字簽名，然后分配這個(gè)已簽名的公開密鑰，并將該公開密鑰放入公鑰證書后綁定在一起。

我們用白話文來翻譯一下上面這段話：
首先，CA會(huì)向申請(qǐng)者頒發(fā)一個(gè)證書，這個(gè)證書里面的內(nèi)容有：簽發(fā)者、證書用途、服務(wù)器申請(qǐng)的時(shí)候附帶的公鑰、服務(wù)器的加密算法、使用的HASH算法、證書到期的時(shí)間等等。
緊接著，把上面所提到的內(nèi)容，做一次HASH求值，得到一個(gè)HASH值。

再接著，用CA的私鑰進(jìn)行加密，這樣就完成了數(shù)字簽名。而用CA的私鑰加密后，就生成了類似人體指紋的簽名，任何篡改證書的嘗試，都會(huì)被數(shù)字簽名發(fā)現(xiàn)。
最后，把數(shù)字簽名，附在數(shù)字證書的末尾，傳輸回來給服務(wù)器。
接下來，服務(wù)器會(huì)把這份由數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)的公鑰證書發(fā)給客戶端。這個(gè)時(shí)候，客戶端可以使用數(shù)字證書機(jī)構(gòu)的公開密鑰對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。一旦驗(yàn)證成功，客戶端便能夠確定這個(gè)公開密鑰是可信的。

我們?cè)儆冒自捨膩矸g一下：
客戶端拿到這個(gè)數(shù)字證書以后，用CA私鑰對(duì)應(yīng)的公鑰，可以解密數(shù)字證書末尾的數(shù)字簽名，得到原始的HASH值。
緊接著，客戶端按照證書中的HASH算法，對(duì)證書的內(nèi)容求HASH值。如果通過CA公鑰解密的HASH和通過計(jì)算求得的HASH值相同，那么認(rèn)證通過，否則失敗。
如果認(rèn)證通過，就可以取得服務(wù)器的公開密鑰。

那客戶端上面的CA公鑰是從哪里來的呢？
多數(shù)瀏覽器開發(fā)商發(fā)布版本時(shí)，會(huì)事先在內(nèi)部植入常用認(rèn)證機(jī)關(guān)的公開密鑰。這樣，就方便客戶端對(duì)于數(shù)字證書真實(shí)性的驗(yàn)證。

其具體過程是這樣子的（圖中簡(jiǎn)化了數(shù)字簽名的過程）：

這里其實(shí)就用到了非對(duì)稱加密算法，只不過現(xiàn)在這個(gè)加密算法用來簽名而不是加密。

使用私鑰加密，公鑰解密，用于公鑰的持有者驗(yàn)證通過私鑰加密的內(nèi)容是否被篡改，但是不用來保證內(nèi)容是否被他人獲得。

而使用公鑰加密，私鑰解密，則是相反的，它不保證信息被他人截獲篡改，但是保證信息無法被中間人獲得。

HTTPS中不僅可以使用服務(wù)器證書，還可以使用客戶端證書。以客戶端證書進(jìn)行客戶端認(rèn)證，它的作用與服務(wù)器證書是相同的。

由于客戶端獲取證書需要用戶自行安裝客戶端證書，同時(shí)也面臨著費(fèi)用的問題。

因此，現(xiàn)狀是，安全性極高的認(rèn)證機(jī)構(gòu)可辦法客戶端證書但是僅用于特殊用途的業(yè)務(wù)。比如那些可支撐客戶端證書支出費(fèi)用的業(yè)務(wù)。

例如，銀行的網(wǎng)上銀行就采用了客戶端證書。在登錄網(wǎng)銀時(shí)不僅要求用戶確認(rèn)輸入ID和密碼，還會(huì)要求用戶的客戶端證書，以確認(rèn)用戶是否從特定的終端訪問網(wǎng)銀。

為了更好的理解HTTPS，小肆給大家畫了下圖來一起觀察一下HTTPS的通信步驟：

步驟1：客戶端通過發(fā)送Client Hello報(bào)文開始SSL通信。報(bào)文中包含客戶端支持的SSL的指定版本、加密組件列表（所使用的加密算法及密鑰長(zhǎng)度等）。

步驟2：服務(wù)器可進(jìn)行SSL通信時(shí)，會(huì)以Server Hello報(bào)文作為應(yīng)答。和客戶端一樣，在報(bào)文中包含SSL版本以及加密組件。服務(wù)器的加密組件內(nèi)容是從接收到的客戶端加密組件內(nèi)篩選出來的。

步驟3：之后服務(wù)器發(fā)送Certificate報(bào)文。報(bào)文中包含公開密鑰證書。

步驟4：最后服務(wù)器發(fā)送Server Hello Done報(bào)文通知客戶端，最初階段的SSL握手協(xié)商部分結(jié)束。

步驟5：SSL第一次握手結(jié)束之后，客戶端以Client Key Exchange報(bào)文最為回應(yīng)。報(bào)文中包含通信加密中使用的一種被稱為Pre-master secret的隨機(jī)密碼串。該報(bào)文已用步驟3中的公開密鑰進(jìn)行加密。

步驟6：接著客戶端繼續(xù)發(fā)送Change Cipher Spec報(bào)文。該報(bào)文會(huì)提示服務(wù)器，在此報(bào)文之后的通信會(huì)采用Pre-master secret密鑰加密。

步驟7：客戶端發(fā)送Finished報(bào)文。該報(bào)文包含連接至今全部報(bào)文的整體效驗(yàn)值。這次握手協(xié)商是否能夠成功，要以服務(wù)器是否能夠正確解密該報(bào)文作為判定標(biāo)準(zhǔn)。

步驟8：服務(wù)器同樣發(fā)送Change Cipher Spec報(bào)文。

步驟9：服務(wù)器同樣發(fā)送Finished報(bào)文。

步驟10：服務(wù)器和客戶端的Finished報(bào)文交換完畢之后，SSL連接就算建立完成，當(dāng)然，通信會(huì)受到SSL的保護(hù)。從此處開始進(jìn)行應(yīng)用層協(xié)議的通信，即發(fā)送HTTP請(qǐng)求。

步驟11：應(yīng)用層協(xié)議通信，即發(fā)送HTTP響應(yīng)。

步驟12：最后由客戶端斷開連接。斷開連接時(shí)，發(fā)送close_notify報(bào)文。上圖做了一些省略，這步之后再發(fā)送TCP FIN報(bào)文來關(guān)閉與TCP的通信。

在以上流程中，應(yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)附加一種叫做MAC（Message Authentication Code）的報(bào)文摘要。MAC能夠查知報(bào)文是否遭到篡改，從而保護(hù)報(bào)文的完整性。

那現(xiàn)在有一個(gè)問題，整個(gè)過程中產(chǎn)生的三個(gè)隨機(jī)數(shù)有什么用呢？還有，后面進(jìn)行HTTP通信的時(shí)候，是用哪一個(gè)密鑰進(jìn)行加密，還有怎么保證報(bào)文的完整性。

看下面這張圖。

當(dāng)其生成了Pre-master secret之后，會(huì)結(jié)合原來的A、B隨機(jī)數(shù)，用DH算法計(jì)算出一個(gè)master secret，緊接著根據(jù)這個(gè)master secret推導(dǎo)出hash secret和session secret。

當(dāng)其解密獲得了Pre-master secret之后，會(huì)結(jié)合原來的A、B隨機(jī)數(shù)，用DH算法計(jì)算出一個(gè)master secret，緊接著根據(jù)這個(gè)master secret推導(dǎo)出hash secret和session secret。

在客戶端和服務(wù)端的master secret是依據(jù)三個(gè)隨機(jī)數(shù)推導(dǎo)出來的，它是不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)模挥须p方知道，不會(huì)有第三者知道。同時(shí)，客戶端推導(dǎo)出來的session secret和hash secret與服務(wù)端也是完全一樣的。

那么現(xiàn)在雙方如果開始使用對(duì)稱算法加密來進(jìn)行通訊，使用哪個(gè)作為共享的密鑰呢？過程是這樣子的：

雙方使用對(duì)稱加密算法進(jìn)行加密，用hash secret對(duì)HTTP報(bào)文做一次運(yùn)算生成一個(gè)MAC，附在HTTP報(bào)文的后面，然后用session-secret加密所有數(shù)據(jù)（HTTP+MAC），然后發(fā)送。

接收方則先用session-secret解密數(shù)據(jù)，然后得到HTTP+MAC，再用相同的算法計(jì)算出自己的MAC，如果兩個(gè)MAC相等，證明數(shù)據(jù)沒有被篡改。

至此，整個(gè)過程介紹完畢。