HTTPS如何保证数据传输安全？底层是如何实现的？据说大部分人都不知道

HTTPS如何保证数据传输安全性

大家都知道HTTPS比HTTP安全，而HTTP的不安全在哪些方面？以及HTTPS是如何保证数据传输的安全性？

HTTP 为什么不安全

HTTP 由于是明文传输，主要存在三大风险：窃听风险、篡改风险、冒充风险。

窃听风险

HTTPS在传输数据时是明文方式，数据传输过程中可能会被抓取（抓包），从而信息有泄露风险

篡改风险

中间人可以篡改报文内容后再发送给对方，风险极大。

冒充风险

比如你以为是在和某宝某东通信，但实际上是在和一个钓鱼网站通信。

HTTPS如何解决这些安全问题

• 为什么用来HTTPS就是安全的
• HTTPS的底层原理是如何实现的
• 用了HTTPS就一定安全吗

HTTPS非对称加密和对称加密

知道了HTTP存在的风险后，来看看HTTPS是如何解决这些问题的。本文将从原理上把HTTPS将透彻。

HTTPS协议之所以是安全的是因为HTTPS协议在传输数据时进行了加密，而加密过程是使用了非对称加密实现。
但其实，HTTPS在内容传输的加密上使用的是对称加密，，非对称加密只在证书验证阶段。

HTTPS的真个过程分为证书验证和数据传输阶段，具体的交互过程如下图：

证书验证阶段：

• 浏览器发起HTTPS请求。
• 服务端返回HTTPS证书。
• 客户端验证证书是否合法，如果不合法则提示警告。
  数据传输阶段：
• 当证书验证合法后，在本地生成随机数。
• 通过公钥加密随机数，并把加密后的随机数传输到服务端。
• 服务端通过私钥对随机数进行解密。
• 服务端通过客户端传入的随机数构造对称加密算法，对返回结果内容进行加密后传输。

非对称加密的加解密效率是非常低的。而且HTTP的应用场景中通常端与端之间存在大量的交互，非对称加密的效率是无法接受的。
另外，在HTTPS的场景中只有服务端保存了私钥，一对公钥只能实现单向的加解密，所以HTTPS中内容传输加密采用的是对称加密而不是非对称加密。
对称加密具有加解密速度快，性能高的特点，也是 HTTPS 最终采用的加密形式

中间人伪造证书

HTTP 协议被认为不安全是因为传输过程容易被监听者勾线监听、伪造服务器，而 HTTPS 协议主要解决的便是网络传输的安全性问题。首先我们假设不存在认证机构，任何人都可以制作证书，这带来的安全风险便是经典的“中间人攻击”问题。
“中间人攻击”的具体过程如下：
过程原理如下：

• 本地请求被劫持（如 DNS 劫持等），所有请求均发送到中间人的服务器。
  中间人服务器返回中间人自己的证书。
• 客户端创建随机数，通过中间人证书的公钥对随机数加密后传送给中间人，然后凭随机数构造对称加密对传输内容进行加密传输。
• 中间人因为拥有客户端的随机数，可以通过对称加密 算法 进行内容解密。
• 中间人以客户端的请求内容再向正规网站发起请求。
• 因为中间人与服务器的通信过程是合法的，正规网站通过建立的安全通道返回加密后的 数据 。
• 中间人凭借与正规网站建立的对称加密 算法 对内容进行解密。
• 中间人通过与客户端建立的对称加密 算法 对正规内容返回的 数据 进行加密传输。
• 客户端通过与中间人建立的对称加密 算法 对返回结果 数据 进行解密。

由于缺少对证书的验证，所以客户端虽然发起的是 HTTPS 请求，但客户端完全不知道自己的网络已被拦截，传输内容被中间人全部窃取。

浏览器是如何确保 CA 证书的合法性？

证书包含什么信息？

证书包含信息如下：

• 颁发机构信息
• 公钥
• 公司信息
• 域名
• 有效期
• 指纹
• …

证书的合法性依据是什么？
首先，权威机构是要有认证的，不是随便一个机构都有资格颁发证书，不然也不叫做权威机构。

另外，证书的可信性基于信任制，权威机构需要对其颁发的证书进行信用背书，只要是权威机构生成的证书，我们就认为是合法的。

所以权威机构会对申请者的信息进行审核，不同等级的权威机构对审核的要求也不一样，于是证书也分为免费的、便宜的和贵的。

浏览器如何验证证书的合法性？

浏览器发起 HTTPS 请求时，服务器会返回网站的 SSL 证书。
浏览器需要对证书做以下验证：

• 验证域名、有效期等信息是否正确。证书上都有包含这些信息，比较容易完成验证。
• 判断证书来源是否合法。每份签发证书都可以根据验证链查找到对应的根证书，操作系统、浏览器会在本地存储权威机构的根证书，利用本地根证书可以对对应机构签发证书完成来源验证。
• 判断证书是否被篡改。需要与 CA 服务器进行校验。
• 判断证书是否已吊销。通过 CRL（Certificate Revocation List 证书注销列表）和 OCSP（Online Certificate Status Proto col 在线证书状态协议）实现。其中 OCSP 可用于第 3 步中以减少与 CA 服务器的交互，提高验证效率。
  以上任意一步都满足的情况下浏览器才认为证书是合法的。

既然证书是公开的，如果要发起中间人攻击，我在官网上下载一份证书作为我的服务器证书，那客户端肯定会认同这个证书是合法的，如何避免这种证书冒用的情况？
其实这就是非加密对称中公私钥的用处，虽然中间人可以得到证书，但私钥是无法获取的。
一份公钥是不可能推算出其对应的私钥，中间人即使拿到证书也无法伪装成合法服务端，因为无法对客户端传入的加密 数据 进行解密。

只有认证机构可以生成证书吗？

如果需要浏览器不提示安全风险，那只能使用认证机构签发的证书。
但浏览器通常只是提示安全风险，并不限制网站不能访问，所以从技术上谁都可以生成证书，只要有证书就可以完成网站的 HTTPS 传输。
例如早期的 12306 采用的便是手动安装私有证书的形式实现 HTTPS 访问。

用了HTTPS就一定安全吗

本地随机数被窃取怎么办？

证书验证是采用非对称加密实现，但是传输过程是采用对称加密，而其中对称加密 算法 中重要的随机数是由本地生成并且存储于本地的，HTTPS 如何保证随机数不会被窃取？

其实 HTTPS 并不包含对随机数的安全保证，HTTPS 保证的只是传输过程安全，而随机数存储于本地，本地的安全属于另一安全范畴，应对的措施有安装杀毒软件、反木马、浏览器升级修复漏洞等。

用了 HTTPS 会被抓包吗？

HTTPS 的 数据 是加密的，常规下抓包工具代理请求后抓到的包内容是加密状态，无法直接查看。

但是，正如前文所说，浏览器只会提示安全风险，如果用户授权仍然可以继续访问网站，完成请求。

因此，只要客户端是我们自己的终端，我们授权的情况下，便可以组建中间人网络，而抓包工具便是作为中间人的代理。

通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是会生成一个证书，用户需要手动把证书安装到客户端中，然后终端发起的所有请求通过该证书完成与抓包工具的交互。

然后抓包工具再转发请求到服务器，最后把服务器返回的结果在控制台输出后再返回给终端，从而完成整个请求的闭环。

既然 HTTPS 不能防抓包，那 HTTPS 有什么意义？HTTPS 可以防止用户在不知情的情况下通信链路被监听，对于主动授信的抓包操作是不提供防护的，因为这个场景用户是已经对风险知情。

要防止被抓包，需要采用应用级的安全防护，例如采用私有的对称加密，同时做好移动端的防反编译加固，防止本地 算法 被破解。

总结

HTTPS 为什么安全？

因为 HTTPS 保证了传输安全，防止传输过程被监听、防止 数据 被窃取，可以确认网站的真实性。

HTTPS 的传输过程是怎样的？

客户端发起 HTTPS 请求，服务端返回证书，客户端对证书进行验证，验证通过后本地生成用于改造对称加密 算法 的随机数。

通过证书中的公钥对随机数进行加密传输到服务端，服务端接收后通过私钥解密得到随机数，之后的 数据 交互通过对称加密 算法 进行加解密。

为什么需要证书？

防止“中间人”攻击，同时可以为网站提供身份证明。

使用 HTTPS 会被抓包吗？

会被抓包，HTTPS 只防止用户在不知情的情况下通信被监听，如果用户主动授信，是可以构建“中间人”网络，代理软件可以对传输内容进行解密。