1. HTTP存在的问题

传统的不使用SSL/TLS的HTTP协议，是不加密的通信。无论是客户端发送给服务端的请求体，还是服务端响应给客户端的响应体，都是明文传输的，这会带来几个问题：

1. 窃听 第三方劫持请求后可以获取通信内容。对于一些敏感数据，这是不被允许的。

2. 篡改 第三方劫持请求后可以篡改通信内容。例如银行系统中，张三本来要给李四转账，第三方劫持请求后篡改了请求数据，将收款方改为自己，导致用户资金流失。

3. 冒充 第三方可以冒充客户端发送数据。由于是明文传输，没有「加签/验签」操作，服务端无法保证请求来源的合法性。

正是因为这些问题，HTTP通信存在巨大的安全隐患，于是HTTPS出现了。本文将一步步深入，看看HTTPS是如何解决这些问题的。

2. SSL/TLS

在介绍HTTPS之前，必须先了解SSL/TLS协议，因为HTTPS是构建在此基础之上的，了解了SSL/TLS基本也就清楚HTTPS的工作原理了。

SSL（Secure Sockets Layer）译为「安全套接字协议」，TLS（Transport Layer Security）译为「传输层安全性协议」。

简单回顾一下它们的发展历史吧：

1994年，网景公司设计了SSL协议（Secure Sockets Layer）的1.0版，但是未发布。
1995年，网景公司发布SSL 2.0版，但很快发现有严重漏洞。
1996年，SSL 3.0版问世，得到大规模应用。
1999年，互联网标准化组织ISOC接替网景公司，发布了SSL的升级版TLS 1.0版。
2006年和2008年，TLS进行了两次升级，分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。

SSL/TLS协议处于「传输层」和「应用层」之间，主要作用是对网络连接进行加解密，如下图：在这里插入图片描述

2.1 防窃听：加密

先来看看第一个问题：窃听。既然明文传输可以被第三方窃听数据，那么改为加密传输不就行了吗？方向是对的，但是如何加密才能保证数据的安全呢？

2.1.1 对称加密

采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。

例如DES就是一种对称加密算法，甲乙双方约定一个密钥「Key」，双方发送数据前都用该密钥对数据进行加密传输，收到数据后再解密成明文即可。这种方式，只要保证密钥不被泄漏，理论上也是安全的。

在这里插入图片描述

但是这会带来一个新的问题：密钥如何保存？

对于PC端来说，浏览器页面是明文的，肯定不能存储密钥。对于iOS/Android来说，即使把密钥藏在安装包的某个位置，也很容易被第三方拆包破解。

既然客户端保存不靠谱，那么密钥只在服务端保存，客户端去向服务端拿密钥是否可行？

依然不可行，服务端要怎么把密钥给你呢？明文肯定不行，如果要加密，又要用到密钥B，密钥B的传输又要用到密钥C，如此循环，无解。

2.1.2 非对称加密

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

甲乙双方各有一套自己的密钥对，互相公开彼此的公钥，当甲方要发送数据给乙方时，用乙方公钥加密，这样密文就只有乙方自己能解开了，就算请求被劫持，第三方拿到了数据，由于没有乙方的私钥，也无法解密，这样就保证了数据被窃听。

单向非对称加密 绝大多数互联网网站对外是完全公开的，所有人都可以访问，服务端没必要验证所有客户端的合法性，只有客户端需要验证服务端的合法性。例如用户在访问电商网站时，必须确保不是钓鱼网站，以防资金损失。

这种情况下，只需要单向加密即可。服务端发送给客户端的一般不会有敏感信息，明文传输即可。但是客户端发送给服务端的就很有可能是敏感信息，例如用户修改密码，这时就必须加密传输了。在这里插入图片描述

双向非对称加密 有时，服务端也需要验证客户端的合法性，例如银行系统。由于涉及到金钱，因此系统必须设计的足够安全。除了客户端发送给服务端的数据是加密的，服务端发送给客户端的数据也必须加密。

怎么做的呢？一般银行会给用户一个U盘，里面存储的就是一套密钥对，客户端告诉服务端自己的公钥，服务端根据公钥加密后再传输给客户端。在这里插入图片描述

2.2 防篡改：加签

通过非对称加密的密文传输，可以防止数据被窃听，但是如果存在这种场景呢？

张三登陆银行系统，要给李四转一笔钱，数据通过服务端的公钥PubB加密传输，但是第三方劫持了这个请求，篡改了报文数据，写入的是「给王五转钱」，因为服务端的公钥是公开的，谁都能拿到，因此第三方也可以正常加密传输，服务端正常解密后进行了错误的操作，导致用户资金流失。在这里插入图片描述

对于涉及到资金的操作，服务端必须要验证数据的合法性，确保数据没有被篡改，这就需要客户端对数据进行加签了。

非对称加密除了可以「公钥加密，私钥解密」外，还可以「私钥加签，公钥验签」。

银行给用户一个U盘，里面有一套密钥对。客户端在发送转账请求前，先对请求体加签，得到签名「sign」，然后再用服务端公钥加密，得到密文「data」，客户端将签名和密文一起发送给服务端，服务端解密后，还需要用客户端的公钥对「sign」进行验签，只有验签通过才能进行后续操作，否则就是非法请求了。在这里插入图片描述这样，即使请求被第三方劫持了，第三方可以篡改数据，但是签名它改不了，服务端解密后会发现数据和「sign」对不上，说明数据是被篡改过的。

2.3 防冒充：证书

通过加密防止数据被窃听，通过加签防止数据被篡改，现在看来好像已经很安全了，但是别忘了，有个前提是：公钥的传输是安全的。不幸的是，公钥的安全传输很难保证。

中间人攻击 假设存在这样一种场景，客户端和服务端想互换公钥，但是请求都被一个中间人劫持了，结果就是：服务端和客户端以为是和双方互换公钥了，结果是客户端和服务端都和中间人互换公钥了。在这里插入图片描述一旦出现这种问题就非常严重，前面讲到的加密解密、加签验签都失效了。客户端以为中间人就是服务端，服务端以为中间人就是客户端，双方以为是在和对方通信，其实都是在和中间人通信，中间人可以随意的窃听和篡改数据。

这个问题之所以会出现，就是因为公钥的传输是不安全的。客户端和服务端之间互换公钥时，如何确保公钥就是对方发出的，没有被篡改过呢？？？

2.3.1 数字证书与认证中心

在之前的基础上，引入一个中间角色：证书认证中心CA。当服务端要把公钥发送给客户端时，不是直接发送公钥，而是先把公钥发送给CA，CA根据公钥生成一份「证书」给到服务端，服务端将证书给客户端。客户端拿到证书后去CA验证证书的合法性，确保证书是服务端下发的。

CA就类似于「公证处」，也是一台服务器，它自己本身也有一套密钥对。它的工作就是根据服务端的公钥生成证书，然后帮助客户端来验证证书的合法性。在这里插入图片描述

2.3.2 CA被冒充怎么办？

引入CA可以保证公钥的传输安全，但是有一个前提，客户端和服务端是信任CA的，也就是说CA必须是安全可信任的，如果CA被冒充，就又会出现上面的问题。在这里插入图片描述基于这个问题，就引入了「根证书」和「CA信任链」的概念。

要让客户端和服务端信任CA，其实CA也面临着同样的问题，那就是：如何保证CA的公钥是安全不被篡改的？答案也是一样的，就是给CA也颁发证书，那这个证书由谁来颁发呢？自然是CA的上一级CA了。CA的上一级CA如何保证安全？那就CA的上一级CA的上一级CA给它颁发证书了。最终就会形成一个证书信用链，如下：在这里插入图片描述客户端要想验证服务器的C3证书是否合法，会跑去CA2验证，要验证CA2就去CA1验证，以此类推。对于根证书，是没法验证的，只能无条件相信。因为Root CA都是国际上公认的机构，一般用户的操作系统或浏览器在发布时，就会在里面嵌入这些机构的Root证书。

如下是百度官网的证书，点击浏览器地址栏旁边的锁标识就能看到了。在这里插入图片描述

2.4 SSL/TLS 四次握手

了解了底层的实现，加密、加签、证书等概念后，再来看SSL/TLS协议就很容易理解了。SSL/TLS需要四次握手的过程：

客户端向服务端所有证书。
服务端发送证书。
客户端验证证书，提取公钥，发送对称加密的密钥。
服务端收到密钥，响应OK。

在这里插入图片描述

3. 再看HTTPS

了解SSL/TLS，再回过头来看HTTPS就很简单了，HTTPS=HTTP+SSL/TLS。

使用HTTPS进行通信时，先是建立传输层TCP的连接，完成三次握手，然后再是SSL/TLS协议的四次握手，双方协商出对称加密的密钥，之后的通信数据会利用该密钥进行加密传输。在这里插入图片描述 HTTP1.1开始支持长连接了，只要连接不关闭，七次握手只需要执行一次，性能损耗不会太大，而且数据传输采用的是对称加密，相比于非对称加密，性能损耗也小得多。因此HTTPS相比于HTTP，性能会有一定影响，但不会太大，相比之下，数据传输安全显得更加重要！