3.比 HTTP 更安全的 HTTPS（工作原理理解、非对称加密理解、证书理解）

所谓的协议

1. 协议只是一种规则，你不按规则来就无法和目标方进行你的工作

2. 协议说白了只是人定的规则，任何人都可以定协议

3. 我们不需要太了解细节，这些制定和完善协议的人去做的，我们只需要知道协议的一个大概

HTTPS 协议

1、概述

1. HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）是一种安全的超文本传输协议，主要用于在客户端和服务器之间安全地传输数据

2. HTTPS 在 HTTP 的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性

3. HTTPS 的安全基础是 SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字层）协议或其继任者 TLS（Transport Layer Security，传输层安全性）协议

2、优缺点

（1）优点

1. 数据加密：通过 SSL/TLS 协议对传输的数据进行加密，保护用户隐私和敏感信息

2. 身份验证：通过 SSL/TLS 证书对服务器进行身份验证，确保用户连接的是合法的服务器，防止中间人攻击

3. 数据完整性：使用消息认证码等机制确保数据在传输过程中不被篡改

4. 信任度高：使用 HTTPS 的网站会获得更高的信任度，因为 HTTPS 被视为安全可靠的通信方式

（2）缺点

1. 性能开销：加密和解密数据会增加服务器和客户端的计算量

2. 成本高昂：获取和维护 SSL/TLS 证书需要一定的成本和技术支持

3. 部署复杂：需要在服务器端配置和管理 SSL/TLS 证书

4. 缓存限制：HTTPS 通信不能像 HTTP 一样被中间设备缓存

3、工作原理

（1）客户端发起连接请求

1. 客户端尝试访问一个 HTTPS 网站，例如，https://www.example.com

2. 客户端发起一个到服务器 443 端口的连接请求（HTTPS 默认端口）

（2）服务器返回证书和相关信息

1. 服务器响应客户端的连接请求，并发送其 SSL/TLS 证书，这个证书通常包含服务器的公钥、服务器的名称（通常是域名）、证书颁发机构（CA）的信息、证书的有效期等

2. 服务器还可能发送其他 SSL/TLS 握手消息，包括它支持的加密套件列表等

（3）客户端验证服务器证书的合法性

• 客户端收到服务器的证书后，会进行一系列验证步骤来确保证书的合法性，如果证书验证失败，客户端会向用户显示一个错误消息，并可能阻止连接

1. 检查证书是否由受信任的证书颁发机构（CA）签发

2. 检查证书是否已过期

3. 检查证书上的域名是否与正在访问的域名匹配（防止域名欺骗）

4. 可能还会检查证书链（如果服务器证书是由中间 CA 签发的），以确保整个链都是有效的

假设用户试图访问 https://www.example.com，但服务器返回的证书是为 https://www.malicious-example.com 签发的
客户端会检查证书上的域名，发现与正在访问的域名不匹配，因此会向用户显示一个“证书不匹配”的错误消息，并阻止连接

（4）客户端生成随机数并加密发送给服务器

1. 一旦客户端验证了服务器的证书，它会生成一个随机数，这通常称为“预主密钥”或“客户端随机数”

2. 客户端使用服务器证书中的公钥对这个随机数进行加密，并将加密后的结果发送给服务器

1、客户端生成一个随机数 ClientRandom
2、客户端使用服务器证书中的公钥对 ClientRandom 进行加密，得到 EncryptedClientRandom
3、客户端将 EncryptedClientRandom 发送给服务器

（5）服务器解密随机数并生成会话密钥

1. 服务器收到 EncryptedClientRandom 后，使用自己的私钥进行解密，得到原始的 ClientRandom

2. 服务器也会生成一个随机数，通常称为“服务器随机数”

3. 服务器将 ClientRandom、ServerRandom 以及其他参数（例如，加密算法、哈希算法）组合在一起，通过一系列复杂的计算生成一个会话密钥，通常称为“主密钥”或“会话密钥”

1、服务器解密得到 ClientRandom
2、服务器生成一个随机数 ServerRandom
3、服务器将 ClientRandom、ServerRandom 以及选择的加密算法和哈希算法组合在一起，通过预定的密钥交换算法（如 Diffie-Hellman 或 RSA 密钥交换）计算出会话密钥 SessionKey

（6）双方使用会话密钥进行通信

1. 一旦会话密钥生成，客户端和服务器都会使用这个密钥对后续的数据进行加密和解密

2. 这种加密通常是使用对称加密算法（例如，AES）进行的，因为对称加密算法在处理大量数据时比公钥加密算法（例如，RSA）更快

1. 客户端想要发送一条消息给服务器
2. 客户端使用会话密钥 SessionKey 对消息进行加密，得到密文
3. 客户端将密文发送给服务器
4. 服务器收到密文后，使用相同的会话密钥 SessionKey 对密文进行解密，得到原始的消息

内容补充

1、非对称加密

（1）基本介绍

1. 公钥加密：发送方使用接收方的公钥来加密消息，这样只有拥有对应私钥的接收方才能解密这条消息，从而保证了消息的安全性和隐私性

2. 私钥解密：接收方使用自己的私钥来解密由发送方使用公钥加密的消息，由于私钥是保密的，只有接收方自己知道，因此只有接收方能够读取这条消息

（2）代码演示

• 这里使用 Java 加密扩展（Java Cryptography Extension，JCE）来实现非对称加密

1. 生成 RSA 密钥对

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048, new SecureRandom());
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

2. 准备待加密的数据

String originalData = "Hello World";
byte[] originalDataBytes = originalData.getBytes();

3. 使用公钥加密数据

Cipher encryptCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding");
encryptCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] encryptedData = encryptCipher.doFinal(originalDataBytes);
String encryptedDataBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
System.out.println("Encrypted - Base64: " + encryptedDataBase64);

4. 使用私钥解密数据

Cipher decryptCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding");
decryptCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] decryptedData = decryptCipher.doFinal(encryptedData);
String decryptedDataString = new String(decryptedData);
System.out.println("Decrypted: " + decryptedDataString);

2、证书签发

（1）自签名证书

1. 会有不是由证书颁发机构（CA）签发的证书，这些证书通常被称为自签名证书（self-signed certificates）或内部证书（internal certificates）

2. 它们可能由组织内部创建，用于测试、开发或内部网络中的通信

3. 自签名证书是由创建证书的同一实体（例如，一个组织或开发者）签名和颁发的，而不是由公认的、独立的第三方证书颁发机构（CA）签发的

4. 因此，自签名证书通常不会被大多数操作系统、浏览器或应用程序默认信任，因为它们没有被广泛认可的根证书颁发机构所背书

5. 在开发和测试环境中，使用自签名证书是很常见的，因为它们允许你设置一个加密的、安全的 HTTPS 连接，而无需购买和配置来自 CA 的证书，然而，在使用自签名证书时，需要在客户端（例如，Android 应用程序）中配置信任存储或信任管理器，以显式地信任这些证书

（2）CA 签发证书

1. 在生产环境中，应该始终使用由受信任的 CA 签发的证书，以确保你的 HTTPS 连接的安全性和可信度

2. 这些证书经过了严格的验证和审计，并且被广泛认可和信任，使用来自 CA 的证书可以确保应用程序与服务器之间的通信受到加密保护，并且可以验证服务器的身份，从而防止中间人攻击和其他安全威胁

3、客户端差异性

• 浏览器能直接发送 HTTPS 请求，而 Java 请求库不能直接请求，它们有如下差异

1. 浏览器内置支持 HTTPS，浏览器通过内置的 SSL/TLS 协议栈来处理 HTTPS 请求，确保数据传输的安全性

2. Java 请求库虽然也支持HTTPS请求，但通常需要开发者进行额外的配置，这包括设置 SSL/TLS 协议版本、信任库（TrustStore）和密钥库（KeyStore）等，如果没有正确配置，就可能导致请求失败