第五篇：HTTPS 与 TLS/SSL 握手原理

前言

        HTTPS（HTTP over TLS/SSL）是在 HTTP 之上通过 TLS/SSL 实现加密、认证和完整性保护的安全传输协议。理解 HTTPS 握手过程和底层加密原理，有助于排查性能、安全问题以及正确配置证书。

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一、TLS/SSL 协议演进

1. SSL 1.0、2.0、3.0（已淘汰）

   • SSL 1.0 未公开，2.0 存在多重安全缺陷，3.0 在 1996 年发布并成为后续 TLS 的基础。

2. TLS 1.0 (1999)

   • 基于 SSL 3.0，改进了消息认证和加密算法。

3. TLS 1.1 (2006)

   • 增加对 CBC 模式的 IV 随机化，抵御重放攻击。

4. TLS 1.2 (2008)

   • 支持 SHA-256、AEAD (GCM) 模式，允许协商更强加密套件。

5. TLS 1.3 (2018)

   • 精简握手流程（1-RTT 或 0-RTT）、废弃旧加密套件、内置前向保密 (PFS)。

二、公钥基础设施 (PKI) 与证书链验证

1. 根证书 (Root CA)

   • 由受信任的根证书颁发机构签发并预装在操作系统或浏览器中。

2. 中间证书 (Intermediate CA)

   • 根 CA 签发给中间 CA，用于签发终端证书，减少根密钥暴露风险。

3. 服务器证书 (Leaf Certificate)

   • 用于具体域名的身份验证，包含域名、公钥、有效期等。

4. 证书链验证

   • 客户端通过根证书验证中间证书，再通过中间证书验证服务器证书，完成信任路径。

三、TLS 全量握手流程 (Full Handshake)

        下文详细描述 HTTPS 握手的各个步骤和对应报文内容，以帮助理解加密协商和认证过程： (Full Handshake)

1. ClientHello

   • 包含版本、随机数 (ClientRandom)、支持的加密套件列表、扩展（如 SNI、ALPN）。

2. ServerHello

   • 服务器选择加密套件、返回版本、随机数 (ServerRandom)、扩展。

3. 证书 (Certificate)

   • 服务器发送自身证书链，客户端验证证书合法性。

4. ServerKeyExchange (可选)

   • 对于 DHE、ECDHE 等密钥交换算法，服务器发送参数或公钥。

5. CertificateRequest (可选)

   • 双向 TLS 时，服务器请求客户端证书。

6. ServerHelloDone

   • 服务器结束握手消息。

7. ClientKeyExchange

   • 客户端生成 Pre-Master Secret，用服务器公钥加密并发送。

8. ChangeCipherSpec / Finished

   • 双方切换到加密模式，互换 Finished 报文，验证握手消息完整性。

9. 加密数据传输

   • 后续所有应用数据均在此加密信道内传输。

四、会话恢复与 0-RTT

1. 会话 ID (Session ID)

   • 客户端缓存服务器返回的 Session ID，可用于后续连接复用。

2. 会话票据 (Session Ticket, RFC 5077)

   • 无状态恢复，会话票据由服务器签名，客户端保存，恢复时发送票据。

3. 0-RTT (TLS 1.3)

   • 客户端使用之前会话密钥，在握手前发送加密应用数据，实现零往返延迟启动。

   • 需注意重放风险，适用于幂等请求。

五、小结与优化建议

• 启用 TLS 1.3：减少时延、提高安全性。

• 使用 ECDHE+AEAD：保证前向保密和高效加密。

• 启用 Session Resume：使用 Session Ticket 和 0-RTT 提升性能。

• 合理配置 SNI 和 ALPN：支持多域名与 HTTP/2+。