【网络】-- https协议
目录
http协议
https协议
安全
概念
什么是"加密"？
为什么要加密？
常见的加密方式
对称加密
非对称加密
数据摘要 && 数据指纹
数字签名
HTTPS 的工作过程探究
方案一：只使用对称加密
方案二：只使用非对称加密
方案三：双方都使用非对称加密
方案四：非对称加密 + 对称加密
中间人攻击 - 针对上面的场景
引入证书
CA认证
理解数据签名
方案五：非对称加密 + 对称加密 + 证书认证
常见问题
完整流程
总结
http协议
在http协议的学习中，让我们知道：
- http携带数据的时候，是明文的，所以一定程度上来说，是一个不够安全的协议。万一有不法分子，通过一定的手段，抓到了http对应的一些请求，那么这样带来的直接后果就是：该数据直接泄漏。
所以现在，主流的用户协议是https。
#问：那么http协议的不安全因数，其存在还具有什么意义？
因为在非用户场景下，比如：公司内部，http协议的不安全一定意味着，其不用做数据保护，也就是相对于https协议，http协议做更少的事情。在确保公司内网安全的情况下，相对于效率更好的http协议，当然是更受欢迎的。
https协议
https协议，也是⼀个应⽤层协议.，是在 HTTP 协议的基础上引⼊了⼀个加密层，保护数据传输安全的协议。
而在之前的GET和POST方法，无论是哪一个：都是不够安全的，最多可以说POST方法是够私密的，因为其以http请求正文的形式进行参数传递，GET是通过url传递。
安全
那么需要对于一个数据保证其的安全性，那么就一定需要进行加密，加密也就会有解密。
#问：如何正确的理解安全？
安全 == 网络安全
没有100%的真正安全，只有实际理论上的安全：破解的成本远远大于破解的收益。
复习：
网络五层模型：
就是因为http协议属于应用层，所以我们才能够用我们套接字接口，来自己简单的封装出一个http。然后让浏览器做一定的解释，使得我们可以看到通过我们的网络请求，以此能够将相关数据，显示到浏览器上。
而为了安全起见，实际上还可以在应用层再添加一个模块：TLS / SSL（Secure Socket Layer）
而：http协议 + TLS / SSL == https协议
于是通过在通讯双方主机上的应用层中添加TLS / SSL，使得数据在网路中一定是经过加密的，以此达到对数据的保护。
概念
什么是"加密"？
- 加密：就是把 明文 (要传输的信息)进行一系列变换, ⽣成 密文 。
- 解密：就是把 密文 再进行⼀系列变换, 还原成 明文 。
为什么要加密？
- 未被劫持的效果：点击下载按钮，就会弹出天天动听的下载链接，并且正确的下载天天动听app。
-
已被劫持的效果：点击下载按钮，就会弹出 QQ 浏览器的下载链接，下载的不是天天动听app。
关于信息泄漏的攻击方式：99%中间人攻击。
"中间人"：
- 我们的手机开热点给他人使用：
其实连接热点的人的数据报文，就必须经过我们的手机（我们的手机 ≈ 路由器），然后其所有的消息都会推到我们的手机，然后让我们的手机帮（代为）其推送。如果其使用的是http协议，这个时候如果我们装有一定的抓包数据的软件等，我们就可以将其信息进行获取。
- 路上免费的WIFI等……。
常见的加密方式
对称加密
- 采⽤单钥密码系统的加密⽅法，同⼀个密钥可以同时⽤作信息的加密和解密，这种加密⽅法称为对称加密，也称为单密钥加密，特征：加密和解密所⽤的密钥是相同的。
- 常见对称加密算法(了解)：DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等。
- 特点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率⾼。
非对称加密
- 需要两个密钥来进⾏加密和解密，这两个密钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥 （private key，简称私钥）。
- 常见非对称加密算法(了解)：RSA，DSA，ECDSA
- 特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，⽽使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。
- 通过公钥对明⽂加密, 变成密⽂
- 通过私钥对密⽂解密, 变成明⽂
- 通过私钥对明⽂加密, 变成密⽂
- 通过公钥对密⽂解密, 变成明⽂
实际举例： 网上托管代码厂库gitee就有：
在采用代码提交方式中的SSH：
这个时候就需要在我们对应的账户下，设置对应的公钥：
公钥：本地通过一定的对应的工具形成，形成之后我们将对应的私钥保留，然后将对应的公钥放在这上面。
数据摘要 && 数据指纹
- 数字指纹（数据摘要），其基本原理是利用单向散列函数（Hash函数）对信息进行运算，生成⼀串固定长度的数字摘要，数字指纹并不是⼀种加密机制，但可以用来判断数据有没有被窜改。
- 摘要常见算法：有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等，算法把无限的映射成有限，因此可能会有碰撞（两个不同的信息，算出的摘要相同，但是概率非常低）。
- 摘要特征：和加密算法的区别是，摘要严格意义不是加密，因为没有解密，只不过从摘要很难反推原信息，通常用来进行数据对比。
场景：
对于公司数据库中的私密信息也是保密的（就算的程序员打开数据库也看不懂）。
数字签名
- 摘要经过加密，就得到数字签名（后面细说）。
可以说：数据摘要不是加密，毕竟是加密就一定要有对应的解密。
HTTPS 的工作过程探究
方案一：只使用对称加密
如果通信双方都各自持有同⼀个密钥X，且没有别⼈知道，这两方的通信安全当然是可以被保证的（除非密钥被破解）。
#注：但是这个方法的问题还是有很多！
引入对称加密之后，即使数据被截获，由于黑客不知道密钥是啥，因此就无法进行解密，也就不知道请求的真实内容是啥了。
但事情没这么简单：
- 怎么保证客户端与服务器具有同样的一个密钥？
- 客户端有一个密钥怎么样服务器知道？传递？不就也泄漏了吗？
所以客户端如何让服务器知道密钥，是并不容易的。所以：这个方案也就不可取了！
- 采取设备出厂就内置密钥呢？
- 黑客也有可以买设备，也可以知道密钥（如果是相同那密钥就太容易扩散了，黑客就也能拿到了）。
- 服务器同⼀时刻其实是给很多客户端提供服务的，这么多客户端，每个人用的秘钥都必须是不同的。因此服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关联关系，这也是个很麻烦的事情！
所以：这个方案也就不可取了！
通过总结：因此密钥的传输也必须加密传输！
但是要想对密钥进行对称加密，就仍然需要先协商确定⼀个 "密钥的密钥"。这就成了 "先有鸡还是先有蛋" 的问题了。此时密钥的传输再⽤对称加密就行不通了。
方案二：只使用非对称加密
#但是： 服务器到浏览器的这条路怎么保障安全？
#问：通过上面的特点，我们是不是使用各自相对方提供公钥即可？
方案三：双方都使用非对称加密
- 服务端拥有 公钥S 与对应的 私钥S' ，客⼾端拥有 公钥C 与对应的 私钥C' 。
- 客户和服务端交换公钥。
- 客户端给服务端发信息：先用 S 对数据加密，再发送，只能由服务器解密，因为只有服务器有 私钥 S' 。
- 服务端给客⼾端发信息：先用 C 对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有 私钥 C' 。
这样貌似也行，但是：
- 效率太低
非对称加密，本身就非常的慢，而在上述中，双方都采用非对称加密。
- 依旧有安全问题
与下一个方案相同，见下一个方案。
方案四：非对称加密 + 对称加密
- 先解决效率问题
- 服务端具有非对称 公钥S 和 私钥S' 。
- 客户端发起 https请求，获取服务端 公钥S 。
- 客户端在本地生成对称 密钥C , 通过 公钥S 加密, 发送给服务器。
- 由于中间的网络设备没有私钥，即使截获了数据，也⽆法还原出内部的原⽂，也就⽆法获取到对称密钥（真的吗?）
- 服务器通过 私钥S' 解密，还原出客⼾端发送的对称 密钥C ，并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据。后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可，由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道，其他主机 / 设备不知道密钥即使截获数据也没有意义。
于是：便可以双方进行对称的密钥X进行加密通讯
由于对称加密的效率比非对称加密⾼很多，因此只是在开始阶段协商密钥的时候使用非对称加密，后续的传输仍然使用对称加密。
#问：方案 2，方案 3，方案4，都存在⼀个问题，如果最开始，中间人就已经开始攻击了呢？
中间人攻击 - 针对上面的场景
- Man-in-the-MiddleAttack，简称： “MITM攻击”
- 服务器具有非对称加密算法的 公钥S ， 私钥S' 。
- 中间人具有非对称加密算法的 公钥M ， 私钥M' 。
- 客户端向服务器发起请求，服务器明文传送 公钥S 给客户端。
- 中间人劫持数据报文，提取 公钥S 并保存好，然后将被劫持报文中的 公钥S 替换成为自己的 公钥M ，并将伪造报文发给客户端。
- 客⼾端收到报⽂，提取 公钥M （自己当然不知道公钥被更换过了)，自己形成对称 秘钥X ，用 公钥M 加密 X ，形成报文发送给服务器。
- 中间人劫持后，直接用自己的 私钥M' 进行解密，得到通信 秘钥X ，再用曾经保存的服务端 公钥S 加密后，将报文推送给服务器。
- 服务器拿到报文，用自己的 私钥S' 解密，得到通信 秘钥X 。
- 双方开始采用 X 进行对称加密，进行通信。但是⼀切都在中间人的掌握中，劫持数据，进行窃听甚⾄修改，都是可以的。
#文：问题本质出在哪里了呢？
核心： 只要已经交换了秘钥了，中间人来就晚了，中间人在最开始的时候，就可以进行篡改替换。本质：是中间人能够对数据做篡改 && Client无法验证接收到的公钥是合法（是目标服务器的公钥）的。
引入证书
为了解决上诉的问题，于是便有了：引入证书。为了解决上面的问题，Client就需要对服务器的合法性进行认证。
CA认证
- 权威机构 -- CA机构
- 颁发证书 -- CA证书
- 证书发布机构
- 证书有效期
- 公钥
- 证书所有者
- 签名
- ......
理解数据签名
注意： 目前暂时和https没有关系，不要和https中的公钥、私钥搞混了。
前面提到过：摘要经过加密，就得到数字签名。
- CA机构拥有非对称加密的 私钥A 和 公钥A'
- CA机构对服务端申请的证书明文数据进行hash，形成数据摘要
- 然后对数据摘要用 CA私钥A' 加密，得到 数字签名S
核心：
由于明文数据进行hash，形成数据摘要，而只要明文改动一点，都会照成hash算法形成的数据摘要出现大变动。而原本的数据摘要加密是通过是只有服务器端才有私钥。所以，没有办法将一个新的数据摘要进行私钥的修饰，变为数字签名，然后让公钥打开，而公钥又只能打开私钥加密的数据（主要原因：就是因为这组非对称密钥，是CA机构提供的。并且，CA私钥不公开，CA公钥公开）。
#问：CA是如何签发证书的？
CA机构，也有自己的非对称秘钥： 公钥A 、 私钥A' 。
方案五：非对称加密 + 对称加密 + 证书认证
Note：
解决上述方案四中问题关键：
- 中间人能够对数据做篡改。
- Client无法验证接收到的公钥是合法（是目标服务器的公钥）的。
- 中间人能够对数据做篡改。
如果中间人对证书的客户端公钥进行篡改为自己的公钥，但是对于CA私钥不公开，于是就无法形成一个，CA公钥打开的数据。（主要：CA私钥不公开，CA公钥公开）一般CA公钥是内置的。
- 中间人篡改了证书的明文。
- 由于他没有CA机构的私钥，所以⽆法hash之后用私钥加密形成签名，那么也就没法办法对篡改后的证书形成匹配的签名。
- 如果强行篡改，客户端收到该证书后会发现明文和签名解密后的值不⼀致，则说明证书已被篡改，证书不可信，从而终止向服务器传输信息，防止信息泄露给中间人。
融汇贯通的理解：
一般客户端，在认证证书的时候，其只认其内部的公钥信息，这个公钥信息是一些CA / CA的子机构给我们的浏览器内，内置的公钥信息。
#问： 中间人整个掉包证书？
- 因为中间人没有CA私钥，所以无法制作假的证书！
- 所以中间人只能向CA申请真证书，然后用自己申请的证书进行掉包。（真证书是由域名的，地址都不同！相当于一个人拿了另一个人的身份证，这看不出来？）
- 这个确实能做到证书的整体掉包，但是别忘记，证书明文中包含了域名等服务端认证信息，如果整体掉包，客⼾端依旧能够识别出来。
永远记住：中间人没有CA私钥，所以对任何证书都无法进行合法修改，包括自己的。
常见问题
#问： 为什么摘要内容在网络传输的时候一定要加密形成签名?
- 定长：无论多长的字符串，计算出来的 MD5 值都是固定长度（16字节版本或者32字节版本）。
- 分散：源字符串只要改变⼀点点，最终得到的 MD5 值都会差别很大。
- 不可逆：通过源字符串生成 MD5 很容易，但是通过 MD5 还原成原串理论上是不可能的。
比如：
#问： 为什么签名不直接加密，而是要先hash形成摘要？
缩小签名密文的长度，加快数字签名的验证签名的运算速度。
- ARP欺骗：在局域网中，hacker 经过收到ARP Request广播包，能够偷听到其它节点的 (IP、 MAC) 地址。例：黑客收到两个主机A、B的地址，告诉B (受害者) ，自己是A，使得 B 在发送给 A 的数据包都被黑客截取。
- ICMP攻击：由于ICMP协议中有重定向的报文类型，那么我们就可以伪造一个ICMP信息然后发送给局域网中的客户端，并伪装自己是一个更好的路由通路。从而导致目标所有的上网流量都会发送到我们指定的接口上，达到和ARP欺骗同样的效果。
- 假wifi && 假网站（镜像网站）等。
完整流程
左侧都是客户端做的事情，右侧都是服务器做的事情。
总结
HTTPS 工作过程中涉及到的密钥有三组：