程序员必备知识 “HTTPS”

作者 : 开心源码 本文共6093个字,预计阅读时间需要16分钟 发布时间: 2022-05-11 共67人阅读

研究HTTPS

曾几何时,只记得HTTPS的端口和HTTP的不同,一个是443,一个是80。以前做项目也是只晓得使用第三方的jar包,只晓得怎样生成证书和用方法与流程,对原理并不是很清楚。这里接着上一篇RSA算法,本篇就详细详情HTTPS协议和相关的SSL/TLS加密协议。

什么是HTTPS

百科定义: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,因而加密的详细内容就需要SSL。 它是一个URI scheme(笼统标识符体系),句法类同http\:体系。使用于安全的HTTP数据传输。https\:URL表明它用了HTTP,但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层(在HTTP与TCP之间)。这个系统的最初研发由网景公司(Netscape)进行,并内置于其浏览器Netscape Navigator中,提供了身份验证与加密通讯方法。现在它被广泛使用于万维网上安全敏感的通讯,例如交易支付方面。HTTPS和HTTP的区别一、https协议需要到ca申请证书,一般免费证书很少,需要交费。二、http是超文本传输协议,信息是明文传输,https 则是具备安全性的ssl加密传输协议。三、http和https用的是完全不同的连接方式,使用的端口也不一样,前者是80,后者是443。四、http的连接很简单,是无状态的;HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议,比http协议安全。采使用https的服务器必需从CA (Certificate Authority)申请一个使用于证实服务器使用途类型的证书。该证书只有使用于对应的服务器的时候,用户端才信任此主机。所以所有的银行系统网站,关键部分应使用都是https 的。用户通过信任该证书,从而信任了该主机。其实这样做效率很低,但是银行更侧重安全。这一点对局域网对内提供服务处的服务器没有任何意义。局域网中的服务器,采使用的证书不论是自己发布的还是从公众的地方发布的,其用户端都是自己人,所以该局域网中的用户端也就一定信任该服务器。数据的泄密和被篡改1. 一般意义上的https,就是服务器有一个证书。a) 主要目的是保证服务器就是他宣称的服务器,这个跟第一点一样。b)服务端和用户端之间的所有通讯,都是加密的。i. 具体讲,是用户端产生一个对称的密钥,通过服务器的证书来交换密钥,即一般意义上的握手过程。ii. 接下来所有的信息往来就都是加密的。第三方即便截获,也没有任何意义,由于他没有密钥,当然篡改也就没有什么意义了。2. 少许对用户端有要求的情况下,会要求用户端也必需有一个证书。a) 这里用户端证书,其实就相似表示个人信息的时候,除了使用户名/密码,还有一个CA 认证过的身份。由于个人证书一般来说是别人无法模拟的,所有这样可以够更深确实认自己的身份。b) 目前大多数个人银行的专业版是这种做法,具体证书可可以是拿U盘(即U盾)作为一个备份的载体。

SSL/TLS由来

不用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):第三方能获知通信内容。(2) 篡改风险(tampering):第三方能修改通信内容。(3) 冒充风险(pretending):第三方能冒充他人身份参加通信。SSL/TLS协议是为理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) 具备校验机制,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。互联网是开放环境,通信双方都是未知身份,这为协议的设计带来了很大的难度。而且,协议还必需可以够经受所有匪夷所思的攻击,这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。互联网加密通信协议的历史,几乎与互联网一样长。1994年,NetScape公司设计了SSL协议(Secure Sockets Layer)的1.0版,但是未发布。1995年,NetScape公司发布SSL 2.0版,很快发现有严重漏洞。1996年,SSL 3.0版问世,得到大规模应使用。1999年,互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了SSL的更新版TLS 1.0版。2006年和2008年,TLS进行了两次更新,分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的修订版。目前,应使用最广泛的是TLS 1.0,接下来是SSL 3.0。但是,主流浏览器都已经实现了TLS 1.2的支持。TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1,TLS 1.1为SSL 3.2,TLS 1.2为SSL 3.3。

SSL详情

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协议位于TCP/IP协议与各种应使用层协议之间,为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层:a)SSL记录协议(SSL Record Protocol):它建立在可靠的传输协议(如TCP)之上,为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功可以的支持。b)SSL握手协议(SSL Handshake Protocol):它建立在SSL记录协议之上,使用于在实际的数据传输开始前,通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

SSL协议提供的服务主要有:  1)认证使用户和服务器,确保数据发送到正确的用户机和服务器;  2)加密数据以防止数据中途被窃取;  3)维护数据的完整性,确保数据在传输过程中不被改变。

SSL或者者Secure Socket Layer,是一种允许web浏览器和web服务器通过一个安全的连接进行交流的技术。这意味着将被发送的数据在一端被翻译成密码,传送出去,而后在另一端解开密码,再进行解决。这是一个双向的过程,也就是浏览器和服务器都需要在发送数据之前对它们进行加密。

SSL协定的另一个重要方面是认证(Authentication)。这就是说,在你开始试图通过一个安全连接与一个Web服务器交流的时候,这个服务器会要求你的浏览器出示一组证件,通过“鉴定”的方式来证实这就是你所公告的网站。在某些情况下,服务器还会要求你的web浏览器的认证书,证实你就是你所说的那个人。这就是所知的“用户认证”,虽然实际情况中,更多地使用在商务-对-商务(B2B)交易,而不是对个人使用户。大多数有SSL功可以的web服务器不要求用户认证(Client Authentication)。

SSL/TLS协议的基本思路是采使用公钥加密法,也就是说,用户端先向服务器端索要公钥,而后使用公钥加密信息,服务器收到密文后,使用自己的私钥解密。但是,这里有两个问题。(1)如何保证公钥不被篡改?处理方法:将公钥放在数字证书中。只需证书是可信的,公钥就是可信的。(2)公钥加密计算量太大,如何减少耗使用的时间?处理方法:每一次对话(session),用户端和服务器端都生成一个”对话密钥”(session key),使用它来加密信息。因为”对话密钥”是对称加密,所以运算速度非常快,而服务器公钥只使用于加密”对话密钥”本身,这样就减少了加密运算的耗费时间。因而,SSL/TLS协议的基本过程是这样的:

(1) 用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) 双方采使用”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)。

程序员必备知识  “HTTPS”

“握手阶段”涉及四次通信,我们一个个来看。需要注意的是,”握手阶段”的所有通信都是明文的。

用户端发出请求(ClientHello)

首先,用户端(通常是浏览器)先向服务器发出加密通信的请求,这被叫做ClientHello请求。在这一步,用户端主要向服务器提供以下信息。 (1) 支持的协议版本,比方TLS 1.0版。 (2) 一个用户端生成的随机数,稍后使用于生成”会话密钥”(session secret)。 (3) 支持的加密方法,比方RSA公钥加密。 (4) 支持的压缩方法。

这里需要注意的是,用户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说,理论上服务器只可以包含一个网站,否则会分不清应该向用户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只可以有一张数字证书的起因。对于虚拟主机的使用户来说,这当然很不方便。2006年,TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展,允许用户端向服务器提供它所请求的域名。

服务器回应(SeverHello)

服务器收到用户端请求后,向用户端发出回应,这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。

(1) 确认用的加密通信协议版本,比方TLS 1.0版本。假如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,稍后使用于生成”会话密钥”(session secret)。

(3) 确认用的加密方法,比方RSA公钥加密。

(4) 服务器证书。

除了上面这些信息,假如服务器需要确认用户端的身份,就会再包含一项请求,要求用户端提供”用户端证书”。比方,金融机构往往只允许认证用户连入自己的网络,就会向正式用户提供USB密钥,里面就包含了一张用户端证书。

用户端回应

用户端收到服务器回应以后,首先验证服务器证书。假如证书不是可信机构颁布、或者者证书中的域名与实际域名不一致、或者者证书已经过期,就会向访问者显示一个警告,由其选择能否还要继续通信。假如证书没有问题,用户端就会从证书中取出服务器的公钥。而后,向服务器发送下面三项信息。 (1) 一个随机数。该随机数使用服务器公钥加密,防止被窃听。 (2) 编码改变通知,表示随后的信息都将使用双方约定的加密方法和密钥发送。 (3) 用户端握手结束通知,表示用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,使用来供服务器校验。上面第一项的随机数,是整个握手阶段出现的第三个随机数,又称”pre-master key”。有了它以后,用户端和服务器就同时有了三个随机数,接着双方就使用事前约定的加密方法,各自生成本次会话所使用的同一把”会话密钥”。至于为什么肯定要使用三个随机数,来生成”会话密钥”,dog250解释得很好:

不论是用户端还是服务器,都需要随机数,这样生成的密钥才不会每次都一样。因为SSL协议中证书是静态的,因而十分有必要引入一种随机因从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可以产生完全随机的随机数,假如随机数不随机,那么pre master secret就有可可以被猜出来,那么仅适使用pre master secret作为密钥就不合适了,因而必需引入新的随机因素,那么用户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了,一个伪随机可可以完全不随机,可是是三个伪随机就十分接近随机了,每添加一个自由度,随机性添加的可不是一。

此外,假如前一步,服务器要求用户端证书,用户端会在这一步发送证书及相关信息。

服务器的最后回应

服务器收到用户端的第三个随机数pre-master key之后,计算生成本次会话所使用的”会话密钥”。而后,向用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使用双方约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,使用来供用户端校验。至此,整个握手阶段一律结束。接下来,用户端与服务器进入加密通信,就完全是用普通的HTTP协议,只不过使用”会话密钥”加密内容。

程序员必备知识  “HTTPS”

###Secret Keys产生与用上面的分析和讲解主要是为了突出握手的过程,所以PreMaster secret,Master secret,session secret都是一代而过,但是对于Https,SSL/TLS深入的了解和掌握,这些Secret Keys是非常重要的部分。所以,准备把这些Secret Keys抽出来单独分析和讲解。

我们先来看看这些Secret Keys的的生成过程以及作使用流程图:

程序员必备知识  “HTTPS”

reMaster secret是在用户端用RSA或者者Diffie-Hellman等加密算法生成的。它将使用来跟服务端和用户端在Hello阶段产生的随机数结合在一起生成Master secret。在用户端用服务单的公钥对PreMaster secret进行加密之后传送给服务端,服务端将用私钥进行解密得到PreMaster secret。也就是说服务端和用户端都有一份相同的PreMaster secret和随机数。

PreMaster secret前两个字节是TLS的版本号,这是一个比较重要的使用来核查握手数据的版本号,由于在Client Hello阶段,用户端会发送一份加密套件列表和当前支持的SSL/TLS的版本号给服务端,而且是用明文传送的,假如握手的数据包被破解之后,攻击者很有可可以串改数据包,选择一个安全性较低的加密套件和版本给服务端,从而对数据进行破解。所以,服务端需要对密文中解密出来对的PreMaster版本号跟之前Client Hello阶段的版本号进行比照,假如版本号变低,则说明被串改,则立即中止发送任何消息。

关于PreMaster Secret(Key)的计算请参考《Htttps SSL/TLS PreMaster/Master Secret(Key)计算》。

上面已经提到,因为服务端和用户端都有一份相同的PreMaster secret和随机数,这个随机数将作为后面产生Master secret的种子,结合PreMaster secret,用户端和服务端将计算出同样的Master secret。

Master secret是有系列的hash值组成的,它将作为数据加解密相关的secret的Key Material。Master secret最终解析出来的数据如下:

程序员必备知识  “HTTPS”

其中,write MAC key,就是session secret或者者说是session key。Client write MAC key是用户端发数据的session secret,Server write MAC secret是服务端发送数据的session key。MAC(Message Authentication Code),是一个数字签名,使用来验证数据的完整性,能检测到数据能否被串改。关于MAC的工作原理详见MAC。?

说明
1. 本站所有资源来源于用户上传和网络,如有侵权请邮件联系站长!
2. 分享目的仅供大家学习和交流,您必须在下载后24小时内删除!
3. 不得使用于非法商业用途,不得违反国家法律。否则后果自负!
4. 本站提供的源码、模板、插件等等其他资源,都不包含技术服务请大家谅解!
5. 如有链接无法下载、失效或广告,请联系管理员处理!
6. 本站资源售价只是摆设,本站源码仅提供给会员学习使用!
7. 如遇到加密压缩包,请使用360解压,如遇到无法解压的请联系管理员
开心源码网 » 程序员必备知识 “HTTPS”

发表回复