# HTTPS

:安全超文本传输协议(Secure Hypertext Transfer Protocol),是让 HTTP 协议基于 SSL/TLS 协议加密通信。

# 原理

  • HTTP 协议采用明文传输报文,不安全,可能被泄露、篡改。而 HTTPS 协议是在 SSL/TLS 加密信道中传输 HTTP 报文,很安全。
  • 工作流程:
    1. client 访问 server 的 TCP 端口,进行 TCP 握手。
    2. client 与 server 进行 SSL 握手,建立加密的通信信道。
    3. client 与 server 在加密信道中传输 HTTP 报文。
  • 一般的 Web 服务器默认支持 HTTP 协议,而启用 HTTPS 需要进行一些准备工作:
    1. 用 OpenSSL 生成一对 SSL 私钥和公钥。
    2. 将 SSL 公钥 提交到 CA ,申请数字证书。
    3. 将数字证书和私钥文件保存到 server 上,用于 SSL 握手。

# SSL

  • 90 年代,网景公司发布了 SSL(Secure Sockets Layer ,安全套接字层)协议,用于加密传输 HTTP 报文。

    • SSL 工作在传输层与应用层之间。
    • SSLv1 版本未公开发布,在发布了 SSLv2、SSLv3 版本之后,出现了更安全的 TLS(Transport Layer Security ,安全传输层)协议,有时也统称为 SSL 协议。
      • 目前建议使用 TLSv1.2 或 TLSv1.3 协议,弃用存在一些已知漏洞的 SSLv2、SSLv3、TLSv1.0、TLSv1.1 协议。
  • 因为启用 SSL ,HTTPS 比 HTTP 多了安全性,但有以下缺点:

    • 每次建立 SSL 连接,需要传输一次 SSL 证书文件,大概 4KB 。
      • 假设每秒建立 100 次 SSL 连接,则累计流量为 4*100/1024≈0.4MB ,占用 3.2Mbps 的网络带宽。
      • 传输 SSL 证书文件时不应该压缩,因为存在一些已知漏洞。
      • Nginx 支持让客户端在一段时间内复用 SSL 会话,不必重复 SSL 握手。
      • 有的浏览器会缓存网站的 SSL 证书,直到用户关闭该网页。
    • 建立 SSL 连接有一定耗时,因此增加了客户端发出 HTTP 请求之后,收到 HTTP 响应的延迟。
      • TLSv1.3 的握手流程比 TLSv1.2 简化,因此耗时更短。
    • 每次传输 HTTP 报文时需要加密、解密,消耗更多 CPU 和时间。

# TLSv1.2

  • 2008 年发布。
  • 握手流程:
    1. client 发送 Client Hello 消息,包含支持的 TLS 版本、加密算法(ciphers)、一个临时生成的随机数。
    2. server 回复 Server Hello 消息,包含采纳的 TLS 版本、加密算法、一个临时生成的随机数。
      • 再发送 Server Key Exchange 消息,包含 server 的 SSL 公钥。
      • 再发送 Certificate 消息,包含由 CA 颁发的数字证书,用于证明身份。
      • 可选发送 CertificateRequest 消息,索要 client 的数字证书,实现双向认证。
      • 最后发送 Server Hello Done 消息,表示 Hello 阶段的消息已发送完。
    3. client 收到 server 的数字证书,验证其身份。
      • 再生成一个随机字符串,称为 premaster secret 。用 SSL 公钥加密,放在 Server Key Exchange 消息中,发送给 server 。
      • 再采用某个加密算法,根据两个随机数和 premaster secret ,生成一个对称加密的会话密钥。然后发送 Change Cipher Spec 消息,表示已生成会话密钥,以后的消息都将加密传输。
      • 再发送 Finished 消息,表示握手完成。
    4. server 收到加密字符串,用 SSL 私钥解密。
      • 再采用同一个加密算法,生成的相同会话密钥。然后发送 Change Cipher Spec 消息。
      • 再发送 Finished 消息,表示握手完成。

# TLSv1.3

  • 2018 年发布。
  • 握手流程:
    1. client 发送 Client Hello 消息。
    2. server 发送数字证书,并生成会话密钥。
    3. client 验证数字证书,生成会话密钥,发送 Finished 消息。
  • 启用 TLSv1.3 时,需要 HTTP 服务器、客户端同时支持该功能。而 SSL 证书与使用的 SSL 版本无关。
    • 例如 OpenSSL 从 1.1.1 版本开始支持 TLSv1.3 ,而 Nginx 从 1.13 版本开始将构建时依赖的 OpenSSL 升级到 1.1.1 ,从而支持 TLSv1.3 。
    • TLSv1.3 采用一些新的加密算法,与 TLSv1.2 不兼容。
    • 可访问网站 howsmyssl.com 测试浏览器支持的 SSL 版本、加密算法。
    • 访问一个网站时,在 Chrome 浏览器的开发者工具 -> 安全页面,可查看当前采用的 SSL 版本、加密算法。

# PKI

  • 公开密钥基础设施 (Public Key Infrastructure,PKI)

    • :一套关于创建、使用、管理公钥和数字证书的策略、程序。
    • 例如 CentOS 系统默认将数字证书等文件保存在 /etc/pki/ 目录下。
  • 证书授权中心(Certificate Authority ,CA)

    • :PKI 系统中,一些负责颁发数字证书、存储公钥的机构。
    • 多个 CA 可以建立树形关系,上级 CA 可以向下级 CA 颁发证书,证明后者的身份,让公众可以信任。最上级 CA 使用一个自签名的根证书,作为信任的源头。
  • 注册机构(Registration Authorities,RA)

    • :PKI 系统中,CA 可以委派一些机构担任 RA ,有资格用 CA 证书签发新的数字证书。
    • 用户可以找互联网上的 RA 平台申请一个数字证书,可能要付费。也可以自己部署 CA 服务器,创建自签名证书,但不会被公众信任,通常只能用于私有网络。
  • SSL 数字证书

    • :是 PKI 的常见用途,由 CA 颁发一个文件,用于证明某个 SSL 公钥属于某个实体。
    • 主要包含以下信息:
      • 证书的颁发者,即 CA 机构。
      • 证书的使用者,包括域名、机构名、联系方式等。
        • 可以允许多个域名使用同一个证书。
        • 域名中可以使用通配符,比如 *.test.com ,表示所有子级域名都可以使用该证书。
      • SSL 公钥
      • 证书的有效期,包括开始时间、截止时间。
    • 证书由 CA 的私钥加密,避免伪造。用户可以将证书分享给任何人,后者可以用 CA 的公钥解密,查看其内容。
    • 例如,一些 HTTPS 网站用 SSL 证书证明自己的身份。当用户的浏览器访问 HTTPS 网站时会检查 SSL 证书,如果请求的域名与证书使用者不匹配,则警告该网站不安全。
    • 证书通常颁发给域名,也可以颁发给 IP 地址,但一般的 CA 机构会拒绝颁发给私有 IP 。
      • 可以用 openssl 命令创建自签名证书,绑定到私有 IP 。
      • 可以修改主机的 hosts 文件,将域名解析到私有 IP ,然后访问该域名。