定义

HTTPS就是安全的HTTP，我们知道HTTP是运行在TCP层之上的，HTTPS在HTTP层和TCP层之间加了一个SSL层，SSL向上提供加密和解密的服务，对HTTP比较透明，这样也便于服务器和客户端的实现以及升级。

为什么安全

机密性是指传输的数据是采用Session Key（会话密钥）加密的，在网络上是看不到明文的。

完整性是指为了避免网络中传输的数据被非法篡改，使用MAC算法来保证消息的完整性。

真实性是指通信的对方是可信的，利用了PKI（Public Key Infrastructure 即『公钥基础设施』）来保证公钥的真实性。

不可否认性是这个消息就是你给我发的，无法伪装和否认，是因为使用了签名的技术来保证的。

原理

概述

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，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？
解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。
（2）公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？
解决方法：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个”对话密钥”（session key），用它来加密信息。由于”对话密钥”是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密”对话密钥”本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。
因此，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：
（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）。第三步称为“通信阶段”

握手阶段的详细过程

“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

1、浏览器发出请求（ClientHello）

在这一步，客户端主要向服务器提供以下信息。
（1） 支持的协议版本，比如TLS 1.0版。

（2） 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成”对话密钥”。

（3） 支持的加密方法，比如RSA公钥加密。

（4） 支持的压缩方法。

这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客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能有一张数字证书的原因。
对于虚拟主机的用户来说，这当然很不方便。2006年，TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展，允许客户端向服务器提供它所请求的域名。
4.2 服务器回应（SeverHello）

服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，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，稍后用于生成”对话密钥”。

（3） 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。

（4） 服务器证书。
除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供”客户端证书”。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。
4.3 客户端回应
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。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。
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，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把”会话密钥”。
至于为什么一定要用三个随机数，来生成”会话密钥”，dog250解释得很好：
“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。”
此外，如果前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。
4.4 服务器的最后回应
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。
至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用”会话密钥”加密内容。
握手阶段有三点需要注意。
（1）生成对话密钥一共需要三个随机数。
（2）握手之后的对话使用”对话密钥”加密（对称加密），服务器的公钥和私钥只用于加密和解密”对话密钥”（非对称加密），无其他作用。
（3）服务器公钥放在服务器的数字证书之中。

https详细过程

1、浏览器输入https://baidu.com，发起请求
（1） 声明浏览器支持的协议版本，比如TLS 1.0版。
（2） 生成一个随机数 random1发送给服务器，稍后用于生成”对话密钥”。
（3） 声明浏览器支持的加密方法，比如RSA公钥加密。
（4） 声明浏览器支持的压缩方法。比如gzip
2、服务器收到请求,然后响应
（1） 确认协议版本，比如TLS 1.0版本。如果服务器不支持浏览器声明的协议版本，则服务器关闭连接。（2） 生成一个随机数random2发送给浏览器，稍后用于生成”对话密钥”。（3） 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。（4） 将网站证书发送给浏览器。（即你在阿里云购买的证书，也即nginx配置文件中的 ssl_certificate “/etc/nginx/cert/www.pem”）
3、浏览器收到服务器发过来的网站证书（点击网址栏的🔒查看）
（1）先验证证书上的签名。因为CA机构在给你签发网站证书的时候，用自己的CA私钥对证书进行了签名，证书里的签名算法字段 sha256RSA（如下图1） 表示，CA机构使用sha256算法对证书进行摘要，然后再使用RSA算法对摘要进行私钥签名，而我们也知道RSA算法中，使用私钥签名之后，只有公钥才能进行验签。而CA机构的公钥一般都已预置在浏览器（如下图2）中了，这样浏览器就可以使用预置的CA机构公钥对网站证书进行验签。验签之后可以看到CA机构使用sha256得到的证书摘要。 然后浏览器自己使用sha256对证书内容进行摘要，如果得到的值和验签之后得到的摘要值相同，则表示证书没有被修改过。如果没有找到内置的CA机构公钥，此时就会提示用户该证书是不是由权威机构颁发，是不可信任的。


（2）签名通过后，浏览器验证证书记录的网址是否和当前网址是一致的，不一致会提示用户。如果网址一致会检查证书有效期，证书过期了也会提示用户。这些都通过认证时，浏览器就可以安全使用证书中的网站公钥了。如果验证通过，就会网址栏就会显示安全字样，如果你购买的网站证书是更高级的EV类型，就会显示出购买证书的时候提供的企业名称。如果没有验证通过，就会显示不安全的提示。

（3）说明： 除了浏览器有内置的CA公钥以外，操作系统也有预置的CA公钥，windows10下运行certmgr.msc

（2）验证通过之后，浏览器会生成一个随机数pre-master secret，然后使用证书中的公钥（如下图）进行加密，然后发送给服务器

4、服务器收到浏览器发送过来的pre-master secret
（1） 服务器使用私钥（ssl_certificate_key “/etc/nginx/cert/www.key”）解密之后获得随机数pre-master secret，然后random1、random2、pre-master secret通过一定的算法得出session Key和MAC算法秘钥，作为后面交互过程中使用对称秘钥。同时浏览器也会使用radom1、radom2、pre-master secret，和同样的算法生成session Key和MAC算法的秘钥。
（2）生成session Key的算法叫做PRF算法(Pseudorandom Function伪随机方法)。这里不展开。
5、然后再后续的交互中就使用session Key（对话密钥）和MAC算法的秘钥对传输的内容进行加密和解密。
（1）具体的步骤是先使用MAC秘钥对内容进行摘要，然后把摘要放在内容的后面使用session Key再进行加密。
（2）再具体的。。搞不懂了

流程图

上面说的只是单向验证，那双向验证是怎么回事？

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参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/27250898
https://zhuanlan.zhihu.com/p/37470224