SSL与HTTPS协议

李忠仁

1、SSL

1.1 什么是SSL

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层)，及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为⽹络通信提供安全及数据完整性的⼀种安全协议。TLS与SSL在传输层对⽹络连接进⾏加密。

Secure Socket Layer，为Netscape(⽹景)所研发，⽤以保障在Internet上数据传输之安全，利⽤数据加密(Encryption)技术，可确保数据在⽹络上之传输过程中不会被截取及窃听。⼀般通⽤之规格为40 bit之安全标准，美国则已推出128 bit之更⾼安全标准，但限制出境。只要3.0版本以上之I.E.或Netscape浏览器即可⽀持SSL。

当前版本为3.0。它已被⼴泛地⽤于Web浏览器与服务器之间的⾝份认证和加密数据传输。

SSL协议位于TCP/IP协议与各种应⽤层协议之间，为数据通讯提供安全⽀持。SSL协议可分为两层： SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建⽴在可靠的传输协议（如TCP）之上，为⾼层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的⽀持。 SSL握⼿协议（SSL Handshake Protocol）：它建⽴在SSL记录协议之上，⽤于在实际的数据传输开始前，通讯双⽅进⾏⾝份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

1.2 SSL所提供的服务

提供的服务如下：

认证⽤户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；虫

加密数据以防⽌数据中途被窃取；

维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

1.3 SSL⼯作流程

服务器认证阶段：

1. 客户端向服务器发送⼀个开始信息“Hello”以便开始⼀个新的会话连接；

2. 服务器根据客户的信息确定是否需要⽣成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含⽣成主密钥所需的信息；

3. 客户根据收到的服务器响应信息，产⽣⼀个主密钥，并⽤服务器的公开密钥加密后传给服务器；

4. 服务器回复该主密钥，并返回给客户⼀个⽤主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。

⽤户认证阶段：在此之前，服务器已经通过了客户认证，这⼀阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送⼀个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从⽽向服务器提供认证。

SSL协议提供的安全通道有以下三个特性：

机密性：SSL协议使⽤密钥加密通信数据。

可靠性：服务器和客户都会被认证，客户的认证是可选的。

完整性：SSL协议会对传送的数据进⾏完整性检查。

1.4 HTTPS介绍

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）安全超⽂本传输协议它是由Netscape开发并内置于其浏览器中，⽤于对数据进⾏压缩和解压操作，并返回⽹络上传送回的结果。HTTPS实际上应⽤了Netscape的完全套接字层（SSL）作为HTTP应⽤层的⼦层。（HTTPS使⽤端⼝443，⽽不是象HTTP那样使⽤端⼝80来和TCP/IP进⾏通信。）SSL使⽤40 位关键字作为RC4流加密算法，这对于商业信

息的加密是合适的。HTTPS和SSL⽀持使⽤X.509数字认证，如果需要的话⽤户可以确认发送者是谁。

HTTPS是以安全为⽬标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加⼊SSL层，https的安全基础是SSL，因此加密的详细内容请看SSL。

它是⼀个URI Scheme(抽象标识符体系)，句法类同http：体系。⽤于安全的HTTP数据传输。）。这个系统的最初研发由⽹景公司进⾏，提供了⾝份验证与加密通讯⽅法，它被⼴泛⽤于万维⽹上安全敏感的通讯，例如交易⽀付⽅⾯。

2、HTTPS协议详解

2.1 HTTPS基础知识

HTTPS基础知识：HTTPS (Secure Hypertext Transfer Protocol)安全超⽂本传输协议，是⼀个安全通信通道，它基于HTTP开发⽤于在客户计算机和服务器之间交换信息。它使⽤安全套接字层(SSL)进⾏信息交换，简单来说它是HTTP的安全版，是使⽤TLS/SSL加密的HTTP协议。HTTP协议采⽤明⽂传输信息，存在信息窃听、信息篡改和信息劫持的风险，⽽协议TLS/SSL具有⾝份验证、信息加密和完整性校验的功能，可以避免此类问题发⽣。

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TLS/SSL全称安全传输层协议Transport Layer Security, 是介于TCP和HTTP之间的⼀层安全协议，不影响原有的TCP协议和HTTP协议，所以使⽤HTTPS基本上不需要对HTTP页⾯进⾏太多的改造。

2.2 HTTP与HTTPS的区别

区别如下:

1. HTTPS是加密传输协议，HTTP是名⽂传输协议;

2. HTTPS需要⽤到SSL证书，⽽HTTP不⽤;

3. HTTPS⽐HTTP更加安全，对搜索引擎更友好，利于SEO【参考：（1）为保护⽤户隐私安全,⾕歌优先索引HTTPS⽹页、（2）百度

开放收录https站点，https全⽹化势不可挡】;

4. HTTPS标准端⼝443，HTTP标准端⼝80;

5. HTTPS基于传输层，HTTP基于应⽤层;

6. HTTPS在浏览器显⽰绿⾊安全锁，HTTP没有显⽰;

2.3 TLS/SSL⼯作原理

HTTPS协议的主要功能基本都依赖于TLS/SSL协议，本节分析TLS/SSL协议⼯作原理。

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TLS/SSL的功能实现主要依赖于三类基本算法：散列函数 Hash、对称加密和⾮对称加密，其利⽤⾮对称加密实现⾝份认证和密钥协商，对称加密算法采⽤协商的密钥对数据加密，基于散列函数验证信息的完整性。

2.3.1三种算法介绍

散列函数Hash

常见的有 MD5、SHA1、SHA256，该类函数特点是函数单向不可逆、对输⼊⾮常敏感、输出长度固定，针对数据的任何修改都会改变散列函数的结果，⽤于防⽌信息篡改并验证数据的完整性;

在信息传输过程中，散列函数不能单独实现信息防篡改，因为明⽂传输，中间⼈可以修改信息之后重新计算信息摘要，因此需要对传输的信息以及信息摘要进⾏加密;

对称加密

常见的有 AES-CBC、DES、3DES、AES-GCM等，相同的密钥可以⽤于信息的加密和解密，掌握密钥才能获取信息，能够防⽌信息窃听，通信⽅式是1对1;

对称加密的优势是信息传输1对1，需要共享相同的密码，密码的安全是保证信息安全的基础，服务器和 N 个客户端通信，需要维持 N 个密码记录，且缺少修改密码的机制;

⾮对称加密

即常见的 RSA 算法，还包括 ECC、DH 等算法，算法特点是，密钥成对出现，⼀般称为公钥(公开)和私钥(保密)，公钥加密的信息只能私钥解开，私钥加密的信息只能公钥解开。因此掌握公钥的不同客户端之间不能互相解密信息，只能和掌握私钥的服务器进⾏加密通信，服务器可以实现1对多的通信，客户端也可以⽤来验证掌握私钥的服务器⾝份。

⾮对称加密的特点是信息传输1对多，服务器只需要维持⼀个私钥就能够和多个客户端进⾏加密通信，但服务器发出的信息能够被所有的客户端解密，且该算法的计算复杂，加密速度慢。

总结

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结合三类算法的特点，TLS的基本⼯作⽅式是，客户端使⽤⾮对称加密与服务器进⾏通信，实现⾝份验证并协商对称加密使⽤的密钥，然后对称加密算法采⽤协商密钥对信息以及信息摘要进⾏加密通信，不同的节点之间采⽤的对称密钥不同，从⽽可以保证信息只能通信双⽅获取。

2.4PKI体系

衡阳人大代表贿选案2.4.1 RSA认证隐患

⾝份验证和密钥协商是TLS的基础功能，要求的前提是合法的服务器掌握着对应的私钥。但RSA算法⽆法确保服务器⾝份的合法性，因为公钥并不包含服务器的信息，存在安全隐患:

1. 客户端C和服务器S进⾏通信，中间节点M截获了⼆者的通信;

2. 节点M⾃⼰计算产⽣⼀对公钥pub_M和私钥pri_M;

3. C向S请求公钥时，M把⾃⼰的公钥pub_M发给了C;

4. C使⽤公钥 pub_M加密的数据能够被M解密，因为M掌握对应的私钥pri_M，⽽ C⽆法根据公钥信息判断服务器的⾝份，从⽽ C和 M

之间建⽴了"可信"加密连接;

5. 中间节点 M和服务器S之间再建⽴合法的连接，因此 C和 S之间通信被M完全掌握，M可以进⾏信息的窃听、篡改等操作。

另外，服务器也可以对⾃⼰的发出的信息进⾏否认，不承认相关信息是⾃⼰发出。因此该⽅案下⾄少存在两类问题：中间⼈攻击和信息抵赖。

2.4.2 ⾝份验证CA和证书

解决上述⾝份验证问题的关键是确保获取的公钥途径是合法的，能够验证服务器的⾝份信息，为此需

要引⼊权威的第三⽅机构CA(如沃通CA)。CA 负责核实公钥的拥有者的信息，并颁发认证"证书"，同时能够为使⽤者提供证书验证服务，即PKI体系(PKI基础知识)。

基本的原理为，CA负责审核信息，然后对关键信息利⽤私钥进⾏"签名"，公开对应的公钥，客户端可以利⽤公钥验证签名。CA也可以吊销已经签发的证书，基本的⽅式包括两类 CRL ⽂件和

OCSP。CA使⽤具体的流程如下：

1. 服务⽅S向第三⽅机构CA提交公钥、组织信息、个⼈信息(域名)等信息并申请认证;

2. CA通过线上、线下等多种⼿段验证申请者提供信息的真实性，如组织是否存在、企业是否合法，是否拥有域名的所有权等;

3. 如信息审核通过，CA会向申请者签发认证⽂件-证书；

1. 证书包含以下信息：申请者公钥、申请者的组织信息和个⼈信息、签发机构 CA的信息、有效时间、证书序列号等信息的明⽂，

同时包含⼀个签名;

2. 签名的产⽣算法：⾸先，使⽤散列函数计算公开的明⽂信息的信息摘要，然后，采⽤ CA的私钥对信息摘要进⾏加密，密⽂即签

名;

4. 客户端 C 向服务器 S 发出请求时，S 返回证书⽂件;

5. 客户端 C读取证书中的相关的明⽂信息，采⽤相同的散列函数计算得到信息摘要，然后，利⽤对应 CA的公钥解密签名数据，对⽐证

书的信息摘要，如果⼀致，则可以确认证书的合法性，即公钥合法;

6. 客户端然后验证证书相关的域名信息、有效时间等信息;

7. 客户端会内置信任CA的证书信息(包含公钥)，如果CA不被信任，则不到对应 CA的证书，证书也会被判定⾮法。

在这个过程注意⼏点：

1. 申请证书不需要提供私钥，确保私钥永远只能服务器掌握;

2. 证书的合法性仍然依赖于⾮对称加密算法，证书主要是增加了服务器信息以及签名;

3. 内置 CA 对应的证书称为根证书，颁发者和使⽤者相同，⾃⼰为⾃⼰签名，即⾃签名证书（为什么说"部署⾃签SSL证书⾮常不安全"）

4. 证书=公钥+申请者与颁发者信息+签名;

2.4.3 证书链

如 CA根证书和服务器证书中间增加⼀级证书机构，即中间证书，证书的产⽣和验证原理不变，只是

增加⼀层验证，只要最后能够被任何信任的CA根证书验证合法即可。

1. 服务器证书 server.pem 的签发者为中间证书机构 inter，inter 根据证书 inter.pem 验证 server.pem 确实为⾃⼰签发的有效证书;

2. 中间证书 inter.pem 的签发 CA 为 root，root 根据证书 root.pem 验证 inter.pem 为⾃⼰签发的合法证书;

3. 客户端内置信任 CA 的 root.pem 证书，因此服务器证书 server.pem 的被信任。

服务器证书、中间证书与根证书在⼀起组合成⼀条合法的证书链，证书链的验证是⾃下⽽上的信任传递的过程。

⼆级证书结构存在的优势：

1. 减少根证书结构的管理⼯作量，可以更⾼效的进⾏证书的审核与签发;

2. 根证书⼀般内置在客户端中，私钥⼀般离线存储，⼀旦私钥泄露，则吊销过程⾮常困难，⽆法及时补救;

3. 中间证书结构的私钥泄露，则可以快速在线吊销，并重新为⽤户签发新的证书;

4. 证书链四级以内⼀般不会对HTTPS 的性能造成明显影响。

本文发布于:2024-09-23 03:23:33，感谢您对本站的认可！

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