1、引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)安全意識的普遍提高，對安全要求稍高的應(yīng)用中，HTTPS的使用是很常見的，甚至在1年前，蘋果公司就將使用HTTPS作為APP上架蘋果應(yīng)用市場的先決條件之一（詳見：《蘋果即將強(qiáng)制實施 ATS，你的APP準(zhǔn)備好切換到HTTPS了嗎？》）。
所以，無論是即時通訊IM還是其它應(yīng)用，在網(wǎng)絡(luò)安全意識增強(qiáng)的今天，很多場景下使用HTTPS是肯定沒錯的。對于即時通訊IM的開發(fā)人員來說，長連接用TLS這沒疑問，短連接用HTTPS也沒問題，但我想問你一個最基礎(chǔ)的面視問題：HTTPS到底用的是對稱加密還是非對稱加密？
要回答這個問題，顯然需要再梳理一下HTTPS的技術(shù)原理了，本文將帶你了解HTTPS到底用的是對稱加密還是非對稱加密，以及具體又是怎么使用的。
學(xué)習(xí)交流：
- 即時通訊/推送技術(shù)開發(fā)交流5群：215477170 [推薦]
- 移動端IM開發(fā)入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動端IM》
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2、相關(guān)文章
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《即時通訊安全篇（一）：正確地理解和使用Android端加密算法》
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《即時通訊安全篇（五）：對稱加密技術(shù)在Android平臺上的應(yīng)用實踐》
《即時通訊安全篇（六）：非對稱加密技術(shù)的原理與應(yīng)用實踐》
《即時通訊安全篇（七）：如果這樣來理解HTTPS原理，一篇就夠了》
《即時通訊安全篇（八）：你知道，HTTPS用的是對稱加密還是非對稱加密？》（本文）
3、HTTPS靈魂拷問
隨著 HTTPS 建站的成本下降，現(xiàn)在大部分的網(wǎng)站都已經(jīng)開始用上 HTTPS 協(xié)議。大家都知道 HTTPS 比 HTTP 安全，也聽說過與 HTTPS 協(xié)議相關(guān)的概念有 SSL 、非對稱加密、 CA證書等。
但對于以下靈魂三拷問可能就答不上了：
- 1）為什么用了 HTTPS 就是安全的？
- 2）HTTPS 的底層原理如何實現(xiàn)？
- 3）用了 HTTPS 就一定安全嗎？
不用擔(dān)心，本文將在解答“HTTPS到底用的是對稱加密還是非對稱加密？”的同時層層深入，從原理上把 HTTPS 的安全性講透，您也將同時理解上述問題。
4、HTTPS 的實現(xiàn)原理
大家可能都聽說過 HTTPS 協(xié)議之所以是安全的是因為 HTTPS 協(xié)議會對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，而加密過程是使用了非對稱加密實現(xiàn)。但其實：HTTPS 在內(nèi)容傳輸?shù)募用苌鲜褂玫氖菍ΨQ加密，非對稱加密只作用在證書驗證階段。
HTTPS的整體過程分為證書驗證和數(shù)據(jù)傳輸階段，具體的交互過程如下：
① 證書驗證階段：
1）瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請求；
2）服務(wù)端返回 HTTPS 證書；
3）客戶端驗證證書是否合法，如果不合法則提示告警。
② 數(shù)據(jù)傳輸階段：
1）當(dāng)證書驗證合法后，在本地生成隨機(jī)數(shù)；
2）通過公鑰加密隨機(jī)數(shù)，并把加密后的隨機(jī)數(shù)傳輸?shù)椒?wù)端；
3）服務(wù)端通過私鑰對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行解密；
4）服務(wù)端通過客戶端傳入的隨機(jī)數(shù)構(gòu)造對稱加密算法，對返回結(jié)果內(nèi)容進(jìn)行加密后傳輸。
5、為什么數(shù)據(jù)傳輸是用對稱加密？
首先：非對稱加密的加解密效率是非常低的，而 http 的應(yīng)用場景中通常端與端之間存在大量的交互，非對稱加密的效率是無法接受的。
另外：在 HTTPS 的場景中只有服務(wù)端保存了私鑰，一對公私鑰只能實現(xiàn)單向的加解密，所以 HTTPS 中內(nèi)容傳輸加密采取的是對稱加密，而不是非對稱加密。
6、為什么需要 CA 認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)證書？
HTTP 協(xié)議被認(rèn)為不安全是因為傳輸過程容易被監(jiān)聽者勾線監(jiān)聽、偽造服務(wù)器，而 HTTPS 協(xié)議主要解決的便是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩詥栴}。
首先我們假設(shè)不存在認(rèn)證機(jī)構(gòu)，任何人都可以制作證書，這帶來的安全風(fēng)險便是經(jīng)典的“中間人攻擊”問題。
“中間人攻擊”的具體過程如下：
如上圖所以，過程原理如下：
- 1）本地請求被劫持（如DNS劫持等），所有請求均發(fā)送到中間人的服務(wù)器；
- 2）中間人服務(wù)器返回中間人自己的證書；
- 3）客戶端創(chuàng)建隨機(jī)數(shù)，通過中間人證書的公鑰對隨機(jī)數(shù)加密后傳送給中間人，然后憑隨機(jī)數(shù)構(gòu)造對稱加密對傳輸內(nèi)容進(jìn)行加密傳輸；
- 4）中間人因為擁有客戶端的隨機(jī)數(shù)，可以通過對稱加密算法進(jìn)行內(nèi)容解密；
- 5）中間人以客戶端的請求內(nèi)容再向正規(guī)網(wǎng)站發(fā)起請求；
- 6）因為中間人與服務(wù)器的通信過程是合法的，正規(guī)網(wǎng)站通過建立的安全通道返回加密后的數(shù)據(jù)；
- 7）中間人憑借與正規(guī)網(wǎng)站建立的對稱加密算法對內(nèi)容進(jìn)行解密；
- 8）中間人通過與客戶端建立的對稱加密算法對正規(guī)內(nèi)容返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸；
- 9）客戶端通過與中間人建立的對稱加密算法對返回結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
由于缺少對證書的驗證，所以客戶端雖然發(fā)起的是 HTTPS 請求，但客戶端完全不知道自己的網(wǎng)絡(luò)已被攔截，傳輸內(nèi)容被中間人全部竊取。
7、瀏覽器是如何確保 CA 證書的合法性？
7.1 證書包含什么信息？
- 1）頒發(fā)機(jī)構(gòu)信息；
- 2）公鑰；
- 3）公司信息；
- 4）域名；
- 5）有效期；
- 6）指紋；
- 7）......
7.2 證書的合法性依據(jù)是什么？
- 1）首先：權(quán)威機(jī)構(gòu)是要有認(rèn)證的，不是隨便一個機(jī)構(gòu)都有資格頒發(fā)證書，不然也不叫做權(quán)威機(jī)構(gòu)；
- 2）另外：證書的可信性基于信任制，權(quán)威機(jī)構(gòu)需要對其頒發(fā)的證書進(jìn)行信用背書，只要是權(quán)威機(jī)構(gòu)生成的證書，我們就認(rèn)為是合法的。
所以權(quán)威機(jī)構(gòu)會對申請者的信息進(jìn)行審核，不同等級的權(quán)威機(jī)構(gòu)對審核的要求也不一樣，于是證書也分為免費(fèi)的、便宜的和貴的。
7.3 瀏覽器如何驗證證書的合法性？
瀏覽器發(fā)起 HTTPS 請求時，服務(wù)器會返回網(wǎng)站的 SSL 證書，瀏覽器需要對證書做以下驗證：
1）驗證域名、有效期等信息是否正確：證書上都有包含這些信息，比較容易完成驗證；
2）判斷證書來源是否合法：每份簽發(fā)證書都可以根據(jù)驗證鏈查找到對應(yīng)的根證書，操作系統(tǒng)、瀏覽器會在本地存儲權(quán)威機(jī)構(gòu)的根證書，利用本地根證書可以對對應(yīng)機(jī)構(gòu)簽發(fā)證書完成來源驗證（如下圖所示）：
3）判斷證書是否被篡改：需要與 CA 服務(wù)器進(jìn)行校驗；
4）判斷證書是否已吊銷：通過CRL（Certificate Revocation List 證書注銷列表）和 OCSP（Online Certificate Status Protocol 在線證書狀態(tài)協(xié)議）實現(xiàn)，其中 OCSP 可用于第3步中以減少與 CA 服務(wù)器的交互，提高驗證效率。
以上任意一步都滿足的情況下瀏覽器才認(rèn)為證書是合法的。
這里插一個我想了很久的但其實答案很簡單的問題：
既然證書是公開的，如果要發(fā)起中間人攻擊，我在官網(wǎng)上下載一份證書作為我的服務(wù)器證書，那客戶端肯定會認(rèn)同這個證書是合法的，如何避免這種證書冒用的情況？
其實這就是非加密對稱中公私鑰的用處，雖然中間人可以得到證書，但私鑰是無法獲取的，一份公鑰是不可能推算出其對應(yīng)的私鑰，中間人即使拿到證書也無法偽裝成合法服務(wù)端，因為無法對客戶端傳入的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
7.4 只有認(rèn)證機(jī)構(gòu)可以生成證書嗎？
如果需要瀏覽器不提示安全風(fēng)險，那只能使用認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽發(fā)的證書。但瀏覽器通常只是提示安全風(fēng)險，并不限制網(wǎng)站不能訪問，所以從技術(shù)上誰都可以生成證書，只要有證書就可以完成網(wǎng)站的 HTTPS 傳輸。
例如早期的 12306 采用的便是手動安裝私有證書的形式實現(xiàn) HTTPS 訪問：
8、本地隨機(jī)數(shù)被竊取怎么辦？
證書驗證是采用非對稱加密實現(xiàn)，但是傳輸過程是采用對稱加密，而其中對稱加密算法中重要的隨機(jī)數(shù)是由本地生成并且存儲于本地的，HTTPS 如何保證隨機(jī)數(shù)不會被竊取？
其實 HTTPS 并不包含對隨機(jī)數(shù)的安全保證，HTTPS 保證的只是傳輸過程安全，而隨機(jī)數(shù)存儲于本地，本地的安全屬于另一安全范疇，應(yīng)對的措施有安裝殺毒軟件、反木馬、瀏覽器升級修復(fù)漏洞等。
9、用了 HTTPS 會被抓包嗎？
HTTPS 的數(shù)據(jù)是加密的，常規(guī)下抓包工具代理請求后抓到的包內(nèi)容是加密狀態(tài)，無法直接查看。
但是，正如前文所說，瀏覽器只會提示安全風(fēng)險，如果用戶授權(quán)仍然可以繼續(xù)訪問網(wǎng)站，完成請求。因此，只要客戶端是我們自己的終端，我們授權(quán)的情況下，便可以組建中間人網(wǎng)絡(luò)，而抓包工具便是作為中間人的代理。通常 HTTPS 抓包工具的使用方法是會生成一個證書，用戶需要手動把證書安裝到客戶端中，然后終端發(fā)起的所有請求通過該證書完成與抓包工具的交互，然后抓包工具再轉(zhuǎn)發(fā)請求到服務(wù)器，最后把服務(wù)器返回的結(jié)果在控制臺輸出后再返回給終端，從而完成整個請求的閉環(huán)。
既然 HTTPS 不能防抓包，那 HTTPS 有什么意義？
HTTPS 可以防止用戶在不知情的情況下通信鏈路被監(jiān)聽，對于主動授信的抓包操作是不提供防護(hù)的，因為這個場景用戶是已經(jīng)對風(fēng)險知情。要防止被抓包，需要采用應(yīng)用級的安全防護(hù)，例如采用私有的對稱加密，同時做好移動端的防反編譯加固，防止本地算法被破解。
10、本文小結(jié)
以下用簡短的Q&A形式進(jìn)行全文總結(jié)。
Q: HTTPS 為什么安全？
A: 因為 HTTPS 保證了傳輸安全，防止傳輸過程被監(jiān)聽、防止數(shù)據(jù)被竊取，可以確認(rèn)網(wǎng)站的真實性。
Q: HTTPS 的傳輸過程是怎樣的？
A: 客戶端發(fā)起 HTTPS 請求，服務(wù)端返回證書，客戶端對證書進(jìn)行驗證，驗證通過后本地生成用于改造對稱加密算法的隨機(jī)數(shù)，通過證書中的公鑰對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密傳輸?shù)椒?wù)端，服務(wù)端接收后通過私鑰解密得到隨機(jī)數(shù)，之后的數(shù)據(jù)交互通過對稱加密算法進(jìn)行加解密。
Q: 為什么需要證書？
A: 防止”中間人“攻擊，同時可以為網(wǎng)站提供身份證明。
Q: 使用 HTTPS 會被抓包嗎？
A: 會被抓包，HTTPS 只防止用戶在不知情的情況下通信被監(jiān)聽，如果用戶主動授信，是可以構(gòu)建“中間人”網(wǎng)絡(luò)，代理軟件可以對傳輸內(nèi)容進(jìn)行解密。
好了，回歸到本文標(biāo)的問題，我們來總結(jié)回顧一下。
Q: HTTPS用的是對稱加密還是非對稱加密？
Q: HTTPS 在內(nèi)容傳輸?shù)募用苌鲜褂玫氖菍ΨQ加密，非對稱加密只作用在證書驗證階段。
順手 po 一張學(xué)習(xí)的過程圖（點擊查看大圖）：
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