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HTTPS 加密原理

news 来源：原创 2025/5/17 6:51:01

HTTPS 是什么？

HTTPS也是⼀个应⽤层协议，是在 HTTP 协议的基础上引⼊了⼀个加密层。

为什么要加密？

背景：因为在企业之间使用 HTTP 进行传输数据，而 HTTP 是明文传输，很容易被心怀不轨的人在客户端与服务器之间入侵路由器、交换机，获取到用户和企业的隐私数据。所以加密工作就随之而来。

臭名昭著的 "运营商劫持"

大家在多年之前使用浏览器下载一些软件的时候，是否发生过，本来点了下载链接，但是最后下载下载下来的软件和想要的并不一样。

这里举一个例子：“天天动听”

我们所期望的下载是如下的

但是你的下载请求被运营商劫持后所得到的是

可以看到二者之间下载的“网址”变了，下载的名称也变了。这就是“运营商劫持”。

这就像你妈拿50块钱给你，叫你去买瓶酱油，假设超市售价15元，结果买回来后，你和你妈说涨价了变成18元，3块钱就被你劫持了。

加密是什么？

加密就是把不希望泄露的东西保护起来不让别人看到，在这里也就是把 HTTP 的明文传输的内容变成别人看不懂的内容。

HTTPS 的加密

引入对称加密

对称加密就是引入一个加密的密钥，用这个密钥对数据进行加密，也用于解密。但是由于不能所有的客户端都是用同样的密钥，就很容易造成密钥泄露，所以每个客户端都要使用不同的密钥，但是密钥又要通过网络传输，同样造成密钥泄露。这也就造成单一的对称密钥不能保证安全性。

引入非对称加密（公钥-私钥）

公钥和私钥是配对的，最⼤的缺点就是运算速度⾮常慢，⽐对称加密要慢很多。

公钥：可以让任何人知道的密钥，用于对数据的加密。

私钥：不能公开，只能自己知道，用于对数据的解密。

通过公钥对明⽂加密，变成密⽂，通过私钥对密⽂解密，变成明文。也可反过来。

客户端在发送请求的时候通过公钥进行加密，而服务端有私钥进行解密，理想情况下如图：

但是在实际上，在这中间也可以动手脚，“黑客”可以自己生成一个密钥发送给服务器。然后通过自己的密钥对服务器的相应进行解密，得到客户端与服务端的通信对称加密的密钥。

引入证书

中间人攻击（MITM）的基本原理

攻击方式：

攻击者（如恶意 WiFi、ISP）拦截客户端与服务器的通信。
伪造一个假的服务器证书，让客户端误以为它是合法服务器。
解密并篡改流量（如窃取密码、注入广告）。

示例：

用户访问 https://bank.com，但攻击者伪造 bank.com 的证书，让浏览器误以为连接是安全的。

数字证书如何防止 MITM？

1. 证书的组成

数字证书包含：

服务器公钥（用于加密 Pre-Master Secret）。
域名（Subject Alternative Name, SAN）（如 bank.com）。
颁发机构（CA）的签名（证明证书是合法的）。
有效期（防止长期滥用）。

2. 证书验证流程

当客户端（浏览器）收到服务器证书时，会进行以下检查：

(1) 证书链验证（Chain of Trust）

证书由受信任的 CA（如 DigiCert、Let's Encrypt）签发。
浏览器内置了受信任的根 CA 列表，通过逐级验证证书链：
```
根 CA → 中间 CA → 服务器证书
```
如果证书不是由受信 CA 签发，浏览器会警告（如 "此证书不受信任"）。

(2) 域名匹配

检查证书中的 Subject 或 SAN 是否与访问的域名一致。
如果域名不匹配（如证书是 fake.com，但访问 bank.com），浏览器会阻止连接。

(3) 有效期检查

证书必须在有效期内（如 2023-01-01 至 2024-01-01）。
如果证书过期，浏览器会警告。

(4) 吊销状态检查（CRL/OCSP）

检查证书是否被 CA 吊销（如私钥泄露时）。
- CRL（证书吊销列表）：CA 定期发布的已吊销证书列表。
- OCSP（在线证书状态协议）：实时查询证书状态。
如果证书被吊销，浏览器会阻止连接。

3. 为什么攻击者无法伪造合法证书？

攻击者无法获取 CA 的私钥：
- CA 的根证书私钥严格保密，攻击者无法伪造签名。
攻击者无法通过域名验证（DV/OV/EV）：
- CA 在颁发证书前会验证申请者对域名的控制权（如 DNS 解析、文件验证）。
浏览器强制检查：
- 如果证书未通过验证（如自签名证书、未知 CA），浏览器会显示警告。

4. 攻击者可能的绕过方式（及防御）

攻击方式	原理	防御措施
自签名证书	攻击者生成自己的证书	浏览器警告 "不受信任的连接"
CA 私钥泄露	如 2011 年 DigiNotar 事件	CA 吊销受影响证书，浏览器更新黑名单
用户手动信任恶意证书	如企业监控设备要求安装根证书	用户需警惕非官方证书安装
DNS 劫持 + 伪造证书	结合 DNS 欺骗攻击	使用 DNSSEC 或 DoH/DoT（加密 DNS）

完整 HTTPS 防 MITM 流程

客户端访问 https://example.com：
- 服务器返回证书（含公钥 + CA 签名）。
浏览器验证证书：
- 检查 CA 是否受信、域名是否匹配、是否过期、是否吊销。
密钥交换：
- 客户端用服务器公钥加密 Pre-Master Secret，确保只有真实服务器能解密。
加密通信：
- 使用对称加密（如 AES）传输数据，中间人无法解密。

有了这几道过程之后，我们在网上的通信就变得更加安全，隐私也被保护的比较安全，一般情况下的“黑客”就无法直接获取到私密数据。有的人就会说 “那直接入侵服务器不就行了。” 要是有能力入侵服务器，还不如直接到数据库盗走数据，入侵的一般动机就是“金钱”，有这本事的人也不会冒着这么大的风险挣钱，因为也不缺。本篇文章到此结束。