HTTPS的加密方式、认证概述以及优缺点

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HTTP 有以下安全性问题:

  • 使用明文进行通信,内容可能会被窃听;
  • 不验证通信方的身份,通信方的身份有可能遭遇伪装;
  • 无法证明报文的完整性,报文有可能遭篡改。

HTTPS 并不是新协议,而是让 HTTP 先和 SSL(Secure Sockets Layer)通信,再由 SSL 和 TCP 通信,也就是说 HTTPS 使用了隧道进行通信。

通过使用 SSL,HTTPS 具有了加密(防窃听)、认证(防伪装)和完整性保护(防篡改)。

加密

1. 对称密钥加密

对称密钥加密(Symmetric-Key Encryption),加密和解密使用同一密钥。

  • 优点:运算速度快;
  • 缺点:无法安全地将密钥传输给通信方。

 

2.非对称密钥加密

非对称密钥加密,又称公开密钥加密(Public-Key Encryption),加密和解密使用不同的密钥。

公开密钥所有人都可以获得,通信发送方获得接收方的公开密钥之后,就可以使用公开密钥进行加密,接收方收到通信内容后使用私有密钥解密。

非对称密钥除了用来加密,还可以用来进行签名。因为私有密钥无法被其他人获取,因此通信发送方使用其私有密钥进行签名,通信接收方使用发送方的公开密钥对签名进行解密,就能判断这个签名是否正确。

  • 优点:可以更安全地将公开密钥传输给通信发送方;
  • 缺点:运算速度慢。

 

3. HTTPS 采用的加密方式

上面提到对称密钥加密方式的传输效率更高,但是无法安全地将密钥 Secret Key 传输给通信方。而非对称密钥加密方式可以保证传输的安全性,因此我们可以利用非对称密钥加密方式将 Secret Key 传输给通信方。HTTPS 采用混合的加密机制,正是利用了上面提到的方案:

  • 使用非对称密钥加密方式,传输对称密钥加密方式所需要的 Secret Key,从而保证安全性;
  • 获取到 Secret Key 后,再使用对称密钥加密方式进行通信,从而保证效率。(下图中的 Session Key 就是 Secret Key)

认证

通过使用 证书 来对通信方进行认证。

数字证书认证机构(CA,Certificate Authority)是客户端与服务器双方都可信赖的第三方机构。

服务器的运营人员向 CA 提出公开密钥的申请,CA 在判明提出申请者的身份之后,会对已申请的公开密钥做数字签名,然后分配这个已签名的公开密钥,并将该公开密钥放入公开密钥证书后绑定在一起。

进行 HTTPS 通信时,服务器会把证书发送给客户端。客户端取得其中的公开密钥之后,先使用数字签名进行验证,如果验证通过,就可以开始通信了。

 

完整性保护

SSL 提供报文摘要功能来进行完整性保护。

HTTP 也提供了 MD5 报文摘要功能,但不是安全的。例如报文内容被篡改之后,同时重新计算 MD5 的值,通信接收方是无法意识到发生了篡改。

HTTPS 的报文摘要功能之所以安全,是因为它结合了加密和认证这两个操作。试想一下,加密之后的报文,遭到篡改之后,也很难重新计算报文摘要,因为无法轻易获取明文。

HTTPS 的缺点

  • 因为需要进行加密解密等过程,因此速度会更慢;
  • 需要支付证书授权的高额费用。

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