网络协议系列文章

网络协议(一)：基本概念、计算机之间的连接方式

网络协议(二)：MAC地址、IP地址、子网掩码、子网和超网

网络协议(三)：路由器原理及数据包传输过程

网络协议(四)：网络分类、ISP、上网方式、公网私网、NAT

网络协议(五)：网络互联模型、物理层、数据链路层

网络协议(六)：网络层（版本、首部长度、区分服务、总长度、 标识、标志、片偏移生存时间、协议、首部校验和）

网络协议(七)：传输层-UDP

网络协议(八)：传输层-TCP（可靠性传输、拥塞控制、建立连接-三次握手、释放连接-四次挥手）

网络协议(九)：应用层（域名、DNS、DHCP）

网络协议(十)：HTTP（报文格式、请求方法、头部字段、状态码、跨域）

网络协议(十一)：单向散列函数、对称加密、非对称加密、混合密码系统、数字签名、证书

网络协议(十二)：HTTPS（SSL/TLS、TLS1.2的连接）

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一、HTTPS

• HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure)，译为：超文本传输安全协议
  • 常称为 HTTP over TLS、HTTP over SSL、HTTP Secure
  • 由网景公司于1994年首次提出

• HTTPS的默认端口号是 443 (HTTP是80)
• 现在在浏览器上输入 http://www.baidu.com，会自动重定向到 https://www.baidu.com

二、SSL / TLS

• HTTPS 是在 HTTP 的基础上使用 SSL/TLS来 加密报文，对窃听和中间人攻击提供合理的防护

• SSL/TLS 也可以用在其他协议上，比如
  • FTP → FTPS
  • SMTP → SMTPS
• TLS (Transport Layer Security)，译为：传输层安全性协议
  • 前身是 SSL (Secure Sockets Layer)，译为：安全套接层
• 历史版本信息
  • SSL 1.0：因存在严重的安全漏洞，从未公开过
  • SSL 2.0：1995年，已于2011年弃用 (RFC 6176)
  • SSL 3.0：1996年，已于2015年弃用 (RFC 7568)
  • TLS 1.0：1999年 (RFC 2246)
  • TLS 1.1：2006年 (RFC 4346)
  • TLS 1.2：2008年 (RFC 5246)
  • TLS 1.3：2018年 (RFC 8446)
• SSL/TLS 工作在哪一层？
  • TCP/IP协议与各种应用层协议之间

三、OpenSSL

• OpenSSL 是SSL/TLS协议的开源实现，始于1998年，支持Windows、Mac、Linux等平台
  • Linux、Mac 一般自带 OpenSSL
  • Windows下载安装OpenSSL：https://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html
• 常用命令
  • 生成私钥：openssl genrsa -out xx.key
  • 生成公钥：openssl rsa -in xx.key -pubout -out xx.pem

四、HTTPS的成本

• 证书的费用
• 加解密计算，降低了访问速度
• 有些企业的做法是：包含敏感数据的请求才使用HTTPS，其他保持使用HTTP
• 例如，工商银行客户端，首页是http，登录页则是https
  • 首页：http://www.icbc.com.cn/
  • 登录页：https://mybank.icbc.com.cn/

五、HTTPS的通信过程

• 总的可以分为3大阶段
  1. TCP的3次握手
  2. TLS的连接
  3. HTTP请求和响应

六、TLS 1.2 的连接（ECDHE密钥交换算法）

• TLS1.2 的连接大概有10大步骤:（图中省略了中间产生的一些ACK确认）

• ① Client Hello
  • TLS的版本号
  • 支持的加密组件 (Cipher Suite) 列表（加密算法及密钥长度等）
  • 一个随机数 (Client Random)

• ② Server Hello
  • TLS的版本号
  • 选择的加密组件（是从接收到的客户端加密组件列表中挑选出来的）
  • 一个随机数 (Server Random)

• ③ Certificate
  • 服务器的公钥证书（被CA签名过的）

• ④ Server Key Exchange
  • 用以实现ECDHE算法的其中一个参数 (Server Params)
  • ECDHE是一种密钥交换算法
  • 为了防止伪造，Server Params 经过了服务器私钥签名

• ⑤ Server Hello Done
  • 告知客户端：协商部分结束

• 目前为止，客户端和服务器之间通过明文共享了
• 而且，客户端也已经拿到了服务器的公钥证书，接下来，客户端会验证证书的真实有效性

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• ⑥ Client Key Exchange
  • 用以实现ECDHE算法的另一个参数 (Client Params)

• 目前为止，客户端和服务器都拥有了ECDHE算法需要的2个参数：Server Params、Client Params
• 客户端、服务器都可以
  • 使用ECDHE算法根据Server Params、Client Params计算出一个新的随机密钥串：Pre-master secret
  • 然后结合 Client Random、Server Random、Pre-master secret 生成一个主密钥
  • 最后利用主密钥衍生出其他密钥：客户端发送用的会话密钥、服务器发送用的会话密钥等

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• ⑦ Change Cipher Spec
  • 告知服务器：之后的通信会采用计算出来的会话密钥进行加密

• ⑧ Finished
  • 包含连接至今全部报文的整体校验值（摘要），加密之后发送给服务器
  • 这次握手协商是否成功，要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准

• ⑨ Change Cipher Spec
  • 告知客户端：之后的通信会采用计算出来的会话密钥进行加密

• ⑩ Finished
  • 给客户端发加密的报文，能正常返回
  • 到此为止，客户端服务器都验证加密解密没问题，握手正式结束
  • 后面开始传输加密的HTTP请求和响应