https初探

HTTPS作为Web开发中必不可缺的一个重要知识点,我今天打算总结一下。

HTTPS(全称:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),是以安全为目标的HTTP通道,简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层,HTTPS的安全基础是SSL,因此加密的详细内容就需要SSL。 HTTPS可以说是HTTP的一个强化版本,加强的部分主要是对于传输信息的加密,保证信息在传输的过程中无法被篡改,从而保证了信息的安全性。

HTTPS(全称:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),是以安全为目标的HTTP通道,简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层,HTTPS的安全基础是SSL,因此加密的详细内容就需要SSL。

SSL/TLS由来

不使用SSL/TLS的HTTP通信,就是不加密的通信。所有信息明文传播,带来了三大风险。

  1. 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。
  2. 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容。
  3. 冒充风险(pretending):第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的,希望达到:

  1. 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听。
  2. 具有校验机制,一旦被篡改,通信双方会立刻发现。
  3. 配备身份证书,防止身份被冒充。

SSL介绍

SSL(Secure Sockets Layer,安全套接层),及其继任者 TLS(Transport Layer Security,传输层安全)是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。

SSL/TSL 基本过程:

  1. 客户端向服务器端索要并验证公钥。
  2. 双方协商生成”对话密钥”。
  3. 双方采用”对话密钥”进行加密通信。

上面过程的前两步,又称为”握手阶段”(handshake)。 由于证书中使用公约加密信息的计算量太大,因此客户端和服务器端协商生成一个对话秘钥,使用对话秘钥对以后传输的信息进行加密,减少了使用证书公钥耗用的时间,但是协商秘钥期间,会使用证书的公钥进行加密传输。

实战说明:测试与pro.ihealthlabs.com进行连接 使用WireShark进行抓包分析

第一步:TCP三次握手

位码即tcp标志位,有6种标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

第一次握手:客户端192.168.1.31 发送位码syn包,并随机产生一个seq number=0(由于wireshark为了便于观察,初始化这个随机值为0,后面的seq和ack都在此基础上累加) 第二次握手:pro主机54.76.150.159 收到syn包之后,必须确认客户端的syn包,因此添加位码ack number=1(上一步的seq number+1) ,ack=1 并随机一个seq number=0回复给客户端 第三次握手:客户端发送确认包 ack number=1 (上一步的seq number+1) 和ack=1发送给服务器,完成三次握手。 客户端与服务器开始进入https重要环节,协商秘钥。

第二步:协商秘钥

  • 客户端发送请求client hello

在这一步中,客户端重要向服务器提供以下信息: 支持的协议版本,如图TLSv1.2版, 客户端生成的随机数(第一次)支持的加密算法,比如RSA公钥加密,支持的压缩方法。

需要注意的是,原本客户端发送的信息中不包括服务器的域名,也就是说服务器只包含一个网站,服务器用一个证书。但是对于虚拟主机用户来说这样很不方便, 因此2006年TLS协议加了一个Server name的扩展。

  • 服务器回应Server hello

(1) 确认使用的加密通信协议版本,比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信。 (2) 一个服务器生成的随机数(第二次),稍后用于生成”会话密钥”(session secret)。 (3) 确认使用的加密方法,比如RSA公钥加密。 (4) 服务器证书。

  • 客户端再次回应

    客户端收到服务器回应以后,首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期,就会向访问者显示一个警告,由其选择是否还要继续通信。如果证书没有问题,客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后,向服务器发送下面三项信息。 (1) 一个随机数(第三次), 该随机数用上一步确定的加密算法(RSA或者Diffie-Hellman得到),又称”pre-master key”该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听。 (2) 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。 (3) 客户端握手结束通知,表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供服务器校验。

    不管是客户端还是服务器,都需要随机数,这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的,因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。 对于RSA密钥交换算法来说,pre-master-key本身就是一个随机数,再加上hello消息中的随机,三个随机数通过一个密钥导出器(Master Secret)最终导出一个对称密钥。 pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数,如果随机数不随机,那么pre master secret就有可能被猜出来,那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了,因此必须引入新的随机因素,那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了,一个伪随机可能完全不随机,可是是三个伪随机就十分接近随机了,每增加一个自由度,随机性增加的可不是一。”

  • 服务器最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后,计算生成本次会话所用的”会话密钥”。然后,向客户端最后发送下面信息。 (1)编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。 (2)服务器握手结束通知,表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供客户端校验。

第三步:双方采用对话秘钥进行加密通信

Secret Key 生成过程流程图:

参考资料