“HTTPS”安全在哪里？

在上網(wǎng)獲取信息的過程中，我們接觸最多的信息加密傳輸方式也莫過于 HTTPS 了。每當(dāng)訪問一個(gè)站點(diǎn)，瀏覽器的地址欄中出現(xiàn)綠色圖標(biāo)時(shí)，意味著該站點(diǎn)支持 HTTPS 信息傳輸方式。我們知道 HTTPS 是我們常見的 HTTP 協(xié)議與某個(gè)加密協(xié)議的混合體，也就是 HTTP+S。這個(gè) S 可以是 TLS（安全傳輸層協(xié)議）、也可以是 SSL（安全套接層），不過我更認(rèn)可另一個(gè)抽象概括的說法，HTTP+Security。不過要談?wù)?HTTPS 為何安全，還得從 HTTP 為何不安全說起。

假設(shè)你現(xiàn)在正坐在教室里上課，現(xiàn)在你非常想和走道旁的迷人的 TA 說一些話，一般這個(gè)時(shí)候你會(huì)用“傳紙條”的方式來交流。而這個(gè)方式和 TCP/IP 協(xié)議基本的工作模式十分相像：

• 通過小動(dòng)作引起對(duì)方注意；

• 對(duì)方以多種可能的方式（注視、肢體語言等）回應(yīng)于你；

• 你確認(rèn)對(duì)方感知到你后，將紙條傳給對(duì)方；

• 對(duì)方閱讀紙條；

• 對(duì)方給予你閱讀后的反應(yīng)；

  
  

怎么樣，這個(gè)流程是不是很熟悉？

如果你要傳遞紙條的 TA 距離你很遠(yuǎn)怎么辦？HTTP 協(xié)議就是指你在紙條上寫明你要傳給的 TA 是誰，或者 TA 的座位在哪，接著只需要途徑的同學(xué)拿到紙條后根據(jù)紙條上的指示依次將紙條傳過去就 OK 了。

這個(gè)時(shí)候問題來了：途徑的同學(xué)完全可以觀看并知道你在紙條上寫了什么。

這就是 HTTP 傳輸所面臨的問題之一：中間人攻擊，指消息傳遞的過程中，處在傳遞路徑上的攻擊者可以嗅探或者竊聽傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

加密

HTTPS 針對(duì)這個(gè)問題，采用了“加密”的方式來解決。最著名原始的加密方法就是對(duì)稱加密算法了，就是雙方約定一個(gè)暗號(hào)，用什么字母替換什么字母之類的?，F(xiàn)在一般采用一種叫 AES（高級(jí)加密算法）的對(duì)稱算法。

對(duì)稱加密算法既指加密和解密需要使用的密鑰 key 是一樣的。

AES 在數(shù)學(xué)上保證了，只要你使用的 key 足夠長(zhǎng)，破解幾乎是不可能的（除非光子計(jì)算機(jī)造出來了）

我們先假設(shè)在沒有密鑰 key 的情況下，密文是無法被破解的，然后再回到這個(gè)教室。你將用 AES 加密后的內(nèi)容噌噌噌地寫在了紙條上，正要傳出去的時(shí)候你突然想到，TA 沒有 key 怎么解密內(nèi)容呀，或者說，應(yīng)該怎么把 key 給TA？

如果把 key 也寫在紙條上，那么中間人照樣可以破解竊聽紙條內(nèi)容。也許在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中你有其他辦法可以把 key 通過某種安全的渠道送到 TA 的手里，但是互聯(lián)網(wǎng)上的實(shí)現(xiàn)難度就比較大了，畢竟不管怎樣，數(shù)據(jù)都要經(jīng)過那些路由。

于是聰明的人類發(fā)明了另一種加密算法——非對(duì)稱加密算法。這種加密算法會(huì)生成兩個(gè)密鑰（key1 和 key2）。凡是 key1 加密的數(shù)據(jù)，key1 自身不能解密，需要 key2 才能解密；凡事 key2 加密的數(shù)據(jù)，key2 自身不能解密，只有 key1 才能解密。

目前這種算法有很多中，最常用的是 RSA。其基于的數(shù)學(xué)原理是：

兩個(gè)大素?cái)?shù)的乘積很容易算，但是用這個(gè)乘積去算出是哪兩個(gè)素?cái)?shù)相乘就很復(fù)雜了。好在以目前的技術(shù)，分解大數(shù)的素因確實(shí)比較困難，尤其是當(dāng)這個(gè)大數(shù)足夠大的時(shí)候（通常使用2的10次方個(gè)二進(jìn)制位那么大），就算是超級(jí)計(jì)算機(jī)，解密也需要非常長(zhǎng)的時(shí)間。

現(xiàn)在就把這種非對(duì)稱加密的方法應(yīng)用在我們教室傳紙條的場(chǎng)景里。

• 你在寫紙條內(nèi)容之前先用 RSA 技術(shù)生成了一對(duì)密鑰 k1 和 k2。

• 你把 k1 用明文傳了出去，路經(jīng)也許有人會(huì)截取，但是沒有用，k1 加密的數(shù)據(jù)需要 k2 才可以破解，而 k2 在你自己手中。

• k1 傳到了目的人，目的人會(huì)去準(zhǔn)備一個(gè)接下來準(zhǔn)備用于對(duì)稱加密（AES）的傳輸密鑰 key，然后用收到的 k1 把 key 加密，傳給你。

• 你用手上的 k2 解出 key 后，全教室只有你和你的目的人擁有這個(gè)對(duì)稱加密的 key，你們倆就可以盡情聊天不怕竊聽啦~

  
  

這里也許你會(huì)有問題，為什么不直接用非對(duì)稱加密來加密信息，而是加密 AES 的 key 呢？
因?yàn)榉菍?duì)稱加密和解密的平均消耗時(shí)間比較長(zhǎng)，為了節(jié)省時(shí)間提高效率，我們通常只是用它來交換密鑰，而非直接傳輸數(shù)據(jù)。

然而使用非對(duì)稱加密真的可以防范中間人攻擊嗎？
雖然看上去很安全，但是實(shí)際上卻擋不住可惡的中間人攻擊。

假設(shè)你是 A，你的目的地是 B，現(xiàn)在要途徑一個(gè)惡意同學(xué)M。

中間人的惡意之處在于它會(huì)偽裝成你的目標(biāo)。

• 當(dāng)你要和 B 完成第一次密鑰交換的時(shí)候，M 把紙條扣了下來，假裝自己是B并偽造了一個(gè) key，然后用你發(fā)來的 k1 加密了 key 發(fā)還給你。

• 你以為你和 B 完成了密鑰交換，實(shí)際上你是和 M 完成了密鑰交換。

• 同事 M 和 B 完成一次密鑰交換，讓 B 以為和 A 你完成了密鑰交換。

• 現(xiàn)在整體的加密流程變成了A（加密鏈接1）->M(明文)->B(加密鏈接2)的情況了，這時(shí)候 M 依然可以知道A和B傳輸?shù)娜肯ⅰ?/span>

  
  

這個(gè)時(shí)候就是體現(xiàn) HTTPS 和傳紙條的區(qū)別了。在教室里，你是和一位與你身份幾乎對(duì)等的的對(duì)象來通信；而在訪問網(wǎng)站時(shí)，對(duì)方往往是一個(gè)比較大（或者知名）的服務(wù)者，他們有充沛的資源，或許他們可以向你證明他們的合法性。

此時(shí)我們需要引入一個(gè)非常權(quán)威的第三方，一個(gè)專門用來認(rèn)證網(wǎng)站合法性的組織，可以叫做 CA（Certificate Authority）。各個(gè)網(wǎng)站服務(wù)商可以向 CA 申請(qǐng)證書，使得他們?cè)诮踩B接時(shí)可以帶上 CA 的簽名。而 CA 得安全性是由操作系統(tǒng)或者瀏覽器來認(rèn)證的。

你的 Windows、Mac、Linux、Chrome、Safari 等會(huì)在安裝的時(shí)候帶上一個(gè)他們認(rèn)為安全的 CA 證書列表，只有和你建立安全連接的網(wǎng)站帶有這些CA的簽名，操作系統(tǒng)和瀏覽器才會(huì)認(rèn)為這個(gè)鏈接是安全的，否則就有可能遭到中間人攻擊。

一旦某個(gè) CA 頒發(fā)的證書被用于的非法途徑，那么這個(gè) CA 之前頒發(fā)過的所有證書都將被視為不安全的，這讓所有 CA 在頒發(fā)證書時(shí)都十分小心，所以 CA 證書在通常情況下是值得信任的。

總結(jié)

使 HTTP 后面增加一個(gè)S（Security）的技術(shù)，正是 對(duì)稱加密 + 非對(duì)稱加密 + CA 認(rèn)證 這三種技術(shù)的混合體。當(dāng)然這個(gè)主要是 HTTPS 的基本原理，真正實(shí)際中的 HTTPS 的協(xié)議是比以上的描述更為復(fù)雜一些的，并且其中任何一步稍有閃失，整個(gè)流程都將不再安全。

這也是為什么 HTTPS 協(xié)議從 SSL 1.0升級(jí)到 SSL 3.0，再被 TLS 1.0 現(xiàn)在被 TLS 1.3取代，其背后都是一個(gè)個(gè)細(xì)節(jié)上的優(yōu)化，以防有任何閃失。

TLS 協(xié)議相比 SSL 協(xié)議增加了傳輸層的安全保證。