一、基本概念

1. HTTP

HTTP—超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol） 用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息，HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此，HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如：信用卡号、密码等支付信息。

2. HTTPS

HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over SecureSocket Layer），是以安全为目标的 HTTP 通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性。
HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

3. SSL&TLS

SSL (Secure Sockets Layer 安全套接层协议)， 位于可靠的面向连接的网络层协议和应用层协议之间的一种协议层。SSL通过互相认证、使用数字签名确保完整性、使用加密确保私密性，以实现客户端和服务器之间的安全通讯。该协议由两层组成：SSL记录协议和SSL握手协议。
TLS（ Transport Layer Security 安全传输层协议） 用于两个应用程序之间提供保密性和数据完整性。该协议由两层组成：TLS记录协议和TLS握手协议。TLS是HTTP与TCP协议之间的一层，通常TLS发生在TCP三次握手之后，此时进行TLS四次握手，然后再进行HTTP通信。
TLS可以说是SSL的升级版。

二、HTTPS和HTTP的主要区别

  1. https协议需要到CA申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
  2. http是超文本传输协议，信息是明文传输，https则是具有安全性的SSL/TLS加密传输协议。
  3. http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

  4. http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL/TLS+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。

    三、客户端在使用HTTPS方式与Web服务器通信时的步骤

  5. 客户使用https的URL访问Web服务器，要求与Web服务器建立SSL连接。

  6. Web服务器收到客户端请求后，会将网站的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。
  7. 客户端的浏览器与Web服务器开始协商SSL/TLS连接的安全等级，也就是信息加密的等级。
  8. 客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。
  9. Web服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。
  10. Web服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

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尽管HTTPS并非绝对安全，掌握根证书的机构、掌握加密算法的组织同样可以进行中间人形式的攻击，但HTTPS仍是现行架构下最安全的解决方案，它大幅增加了中间人攻击的成本。

四、CA证书的申请及其使用过程

上面客户端使用HTTPS与服务器通信中使用到了CA认证，这里可能大家会问为什么不直接使用非对称加密的形式直接进行，首先这里先介绍下非对称加密。

1. 非对称加密和对称加密

非对称加密：客户端和服务端均拥有一个公有密匙和一个私有密匙。公有密匙可以对外暴露，而私有密匙只有自己可见。
使用公有密匙加密的消息，只有对应的私有密匙才能解开。反过来，使用私有密匙加密的消息，只有公有密匙才能解开。这样客户端在发送消息前，先用服务器的公钥对消息进行加密，服务器收到后再用自己的私匙进行解密。
例如：我们提交代码到github的时候，就可以使用SSH key：在本地生成私钥和公钥，私钥放在本 地 .ssh 目录中，公钥放在github网站上，这样每次提交代码，就不用输入用户名和密码了，github会根据网站上存储的公钥来识别我们的身份。
非对称加密的优点：

  1. 非对称加密采用公有密钥和私有密钥的方式，解决了http中消息保密性问题，而且使得私有密钥泄露的风险降低。
  2. 因为公钥加密的消息只有对应的私钥才能解开，所以较大程度上保证了消息的来源性以及消息的准确性和完整性。

非对称加密的缺点：

  1. 非对称加密时需要使用到接收方的公钥对消息进行加密，但是公钥不是保密的，任何人都可以拿到，中间人也可以。那么中间人可以做两件事，第一件是中间人可以在客户端与服务器交换公钥的时候，将客户端的公钥替换成自己的。这样服务器拿到的公钥将不是客户端的，而是中间人的。服务器也无法判断公钥来源的正确性。第二件是中间人不替换公钥，但他截获客户端发来的消息，然后篡改，然后用服务器的公钥加密再发往服务器，服务器将收到错误的消息。
  2. 非对称加密的性能相对对称加密来说会慢上几倍甚至几百倍，比较消耗系统资源。正是因为如此，https将两种加密结合了起来。

    对称加密：通信双方使用相同的密钥进行加密。特点是加密速度快，但是缺点是需要保护好密钥，如果密钥泄露的话，那么加密就会被别人破解。常见的对称加密有AES，DES算法，IDEA、RC4、RC5、RC6。 由于算法效率较高，一般用于对效率有要求的实时数据加密通信。比如在使用 VPN 或者代理进行加密通信时，既要保证数据的保密性，又要保证不能有高的延迟，所以通常会使用对称加密算法。 优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。 缺点：在数据传送前，发送方和接收方必须商定好密钥，然后使双方都能保存好密钥。其次如果一方的密钥被泄露，那么加密信息也就不安全了。另外，每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的唯一秘密钥，也就是说每一组收发方所使用的密钥都是唯一的，例如：A电脑与B、C、D都有通信，那么A就得存储与B、C、D三台电脑通信所用的密钥。这会使得收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。

2. 数字证书和数字签名

为了应对上面非对称加密带来的问题，我们就引入了数字证书与数字签名
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CA 签发证书的过程，如上图左边部分：

  1. 首先 CA 会把持有者的公钥、用途、颁发者、有效时间等信息打成一个包，然后对这些信息进行 Hash 计算， 得到⼀个 Hash 值；
  2. 然后 CA 会使用自己的私钥将该 Hash 值加密，生成 Certificate Signature，也就是 CA 对证书做了签名；
  3. 最后将 Certificate Signature 添加在文件证书上，形成数字证书；

客户端校验服务端的数字证书的过程，如上图右边部分：

  1. 首先客户端会使用同样的 Hash 算法获取该证书的 Hash 值 H1；
  2. 通常浏览器和操作系统中集成了 CA 的公钥信息，浏览器收到证书后可以使用 CA 的公钥解密 Certificate Signature 内容，得到⼀个 Hash 值 H2 ；
  3. 最后比较 H1 和 H2，如果值相同，则为可信赖的证书，否则则认为证书不可信。

故CA认证介入我们的HTTPS连接的过程如下：

  1. 服务器拥有自己的私钥与公钥。
  2. 服务器将公钥交给CA认证机构，请求给予一份数字证书。
  3. CA认证机构生成数字证书，并颁发给服务器。
  4. 服务器将带有公钥信息的数字证书发给客户端。
  5. 进入客户端生成对称密钥再进行对接的过程……

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关于证书链
事实上，证书的验证过程中还存在⼀个证书信任链的问题，因为我们向 CA 申请的证书⼀般不是根证书签发的， 而是由中间证书签发的，比如百度的证书，从下图你可以看到，证书的层级有三级：
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对于这种三级层级关系的证书的验证过程如下：

  • 客户端收到 baidu.com 的证书后，发现这个证书的签发者不是根证书，就无法根据本地已有的根证书中的公钥去验证 baidu.com 证书是否可信。于是，客户端根据 baidu.com 证书中的签发者，找到该证书的颁发机构是 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2”，然后向 CA 请求该中间证书。
  • 请求到证书后发现 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书是由 “GlobalSign Root CA” 签发的，由于 “GlobalSign Root CA” 没有再上级签发机构，说明它是根证书，也就是自签证书。应用软件会检查此证书有否已预载于根证书清单上，如果有，则可以利用根证书中的公钥去验证 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书，如果发现验证通过，就认为该中间证书是可信的。
  • “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书被信任后，可以使用“GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书中的公钥去验证 baidu.com 证书的可信性，如果验证通过，就可以信任 baidu.com 证书。

在这三个步骤中，最开始客户端只信任根证书 GlobalSign Root CA，然后 “GlobalSign Root CA” 证书信任 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书，而“GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书又信任 baidu.com 证书，于是客户端也信任 baidu.com 证书。
总括来说，由于用户信任 GlobalSign，所以由 GlobalSign 所担保的 baidu.com 可以被信任，另外由于用户信任操作系统或浏览器的软件商，所以由软件商预载了根证书的 GlobalSign 都可被信任。

五、HTTPS的缺点

虽然说HTTPS有很大的优势，但其相对来说，还是存在不足之处的：
（1）HTTPS协议握手阶段比较费时，会使页面的加载时间延长近50%，增加10%到20%的耗电；
（2）HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响；
（3）SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高，个人网站、小网站没有必要一般不会用。
（4）SSL证书通常需要绑定IP，不能在同一IP上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。
（5）HTTPS协议的加密范围也比较有限，在黑客攻击、拒绝服务攻击、服务器劫持等方面几乎起不到什么作用。最关键的，SSL证书的信用链体系并不安全，特别是在某些国家可以控制CA根证书的情况下，中间人攻击一样可行。

六、HTTPS优化：

  1. HSTS重定向技术：将http自动转换为https，减少301重定向。
  2. TLS握手优化：在TLS握手完成前客户端就提前向服务器发送数据。
  3. 会话标识符：服务器记录下与某客户端的会话ID，下次连接客户端发ID过来就可以直接用之前的私钥交流。
  4. OSCP Stapling：服务器将带有 CA 机构签名的 OCSP 响应在握手时发给客户端，省的客户端再去CA查询。

  5. 完全前向加密PFS：使用更厉害复杂的秘钥算法。

    七、SSL/TLS的基本过程

  6. client —> server ClientHello 客户端生成随机数，并发送一组密码学套件供服务端选

  7. server—> client ServerHello 服务端生成随机数，并从上述密码学套件组里选一个
  8. server—> client Certificate 服务端发给客户端证书
  9. server—> client ServerKeyExchange 服务端发给客户端秘钥交换算法所需的值
  10. server—> client ServerHelloDone 服务端 hello 阶段结束
  11. client —> server ClientKeyExchange 客户端发给服务端秘钥交换算法所需的值pre_master
  12. client —> server ChangeCipherSpec 客户端告诉服务端，我已经知道秘钥了，之后的消息我就都加密发送了。
  13. client —> server Finish 结束并验证
  14. server —> server ChangeCipherSpec 服务端告诉客户端，我已经知道秘钥了，之后的消息我就都加密发送了。
  15. server—> client Finish 结束并验证

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参考链接：https://blog.csdn.net/qq_35642036/article/details/82788421