为了一个 HTTPS,浏览器操碎了心……

我是一个浏览器,每到夜深人静的时候,主人就打开我开始学习。

为了不让别人看到浏览记录,主人选择了“无痕模式”。

但网络中总是有很多坏人,他们通过抓包截获我和服务器的通信,主人干了什么,请求了什么数据全被他们知道了!

光窃听也就罢了,他们还经常篡改内容,在网页里面插入诱人的小广告,真是太坏了!

为了保护主人的隐私还他一个干净的上网环境,我决定对通信加密!

第一版:直接简单加密

加密嘛,很简单,把原来要发送的数据加密处理后再发给服务器就行了。

为了安全,密钥当然不能固定,每一次通信都要随机生成。

不过接下来我犯难了,我该怎么把这个秘钥告诉服务器呢,服务器没有秘钥就解不了密,也就不知道我在请求什么资源了。

也不能直接弄个字段告诉服务器密钥,那样别人也能拿到,就跟没加密一样了。

我左思右想,灵机一动,决定把密钥放在数据的开头几个字节藏起来,只要私下跟服务器约定好,他用这前几个字节作为密钥解密,就能解开我发送的数据了。

你还别说,这办法还真好使,我跟服务器开始秘密通信起来。

后来,找我使用这种办法通信的服务器变得越来越多。

再后来这事就在圈子里传开了,大家都知道数据的前几个字节是密钥了,谁都能解密了。

看来这个办法不行,我得重新思考加密方法了。

第二版:非对称加密

服务器告诉我,我们之前用的那种加密算法叫对称加密算法,也就是加密和解密使用的同一个秘钥。

还有一种叫非对称加密算法,这种算法有两个秘钥,一个公开的叫公钥,一个私藏的叫私钥。

最关键的是,公钥加密后只能用私钥解开,反过来也一样。

只要在正式的数据传输前,服务器把他的公钥告诉我,我后面用它加密数据就行了,就算被别人抓包,他也解不开,因为只有拥有私钥的服务器才能解开。

不得不说,这非对称加密真是个好东西啊!

不过这样一来只能单程加密,服务器能解密我发的,但他发给我的,我却解不了,也不能让他用私钥加密,我用公钥解密,因为公钥是公开的,谁收到都能解,不安全。

没办法,我也弄了一对儿秘钥,通信之前我们双方都交换一下彼此的公钥,这样就可以双向加解密了!

虽然是有点麻烦,但为了数据安全,忍了吧!

第三版:非对称与对称加密结合

但我忍了没几天就忍不住了。

这个非对称加密算法好是好,就是加解密太费时间了,导致我渲染一个网页要花很久时间,卡的不行。

我打算去跟服务器商量一下办法,没想到服务器比我更头疼,他要服务很多浏览器,每一个都这么加解密,把他累的够呛。

于是我们决定,还是用原来的对称加密算法,这样快得多。但是一开始的时候可以用非对称加密算法来传输后面要用的秘钥,把两种算法的优势结合起来。

这一来,我只需要把后面要用到的秘钥,通过服务器公钥加密后发给他就行了,我省去了不少事儿。

第四版:秘钥计算

有一天,服务器告诉我,我们现在的秘钥就是一个随机数,而随机数并不是真正随机的,可能被预测出来,所以我们得提升这个秘钥的安全性。

一个随机数不够,那就多弄几个!

一端容易被猜出来,那就两端一起生成!

我们决定各自生成一个随机数发给对方,我再额外加密传输一个随机数给服务器,这一来,咱们双方都有3个随机数了,然后双方都用这三个随机数计算出真正的秘钥,这可比一个单纯的随机数要安全得多了。

不过为了验证双方计算出来的秘钥是一样的,我们在正式数据传输前,需要先来测试一下,现在的流程变成了这个样子:

我们的这一方案很快得到了大家的认可,圈子里的浏览器和服务器们纷纷用上了这套方案。

第五版:数字证书

原以为这个方案已经万无一失了,没想到我和服务器的通信还是泄露了···

原来有个家伙冒充服务器跟我通信,然后又冒充我跟服务器通信,把我的请求进行了转发,我们俩都被蒙在鼓里,这就是中间人攻击。

看来还缺乏一个认证机制!我得知道和我通信的是不是真的服务器。

经过大家的商量,圈子里的服务器们推选了一个德高望重的前辈做公证人,让这公证人准备一对非对称加密的密钥,并在圈子里公开了公钥,所有人都得把他的公钥记下来。

服务器得去公证人这里先登记,把自己的公钥、名字等等信息报上去,公证人拿到这些信息后,计算一个Hash值,然后再用公证人的私钥把Hash值进行加密,加密后的结果就是数字签名。

证书的签发

最后,公证人把登记的信息和这个数字签名合在一起,封装了一个新的文件发给服务器,登记就完成了,而这个新的文件就是数字证书。

服务器拿到证书后,可要好生保管,因为通信的时候,服务器须要将他们的证书发给我们浏览器验证。

证书的验证

我们浏览器拿到证书后,把证书里面的信息也计算一遍Hash,再用提前记录好的公证人的公钥把证书里的数字签名进行解密,得到公证人计算的Hash,两个一对比,就知道这证书是不是公证人签发的,以及有没有被篡改过了!

只有验证成功才能继续后面的流程,要不然就是冒充的!

这一下总算解决了中间人冒充的问题,除非中间人偷到了公证人的私钥,否则他是没办法伪造出一个证书来的。

非对称加密除了加密数据,还能用来验证身份,真是YYDS!

第六版:信任链

我们这加密方案一传十,十传百,很快就传遍了整个互联网,想要使用这套方案的服务器越来越多,毕竟,谁都不希望自己的网站被人插入小广告。

可原来的那个公证人有些忙不过来了,于是,大家开始推选更多的公证人,公证人开始多了起来,不仅多了起来,而且还形成了产业链。

原来的公证人变成了一代目,一代目可以给新的公证人签发证书,新的公证人就变成了二代目,还有三代目,搞得跟传销似的。

原来只有一个公证人的时候,大家直接保存他的公钥就行了。现在公证人越来越多,我们没办法保存所有的公证人的公钥了,就算能保存得下,但有新的公证人出现的时候我们也做不到实时更新。

于是,大家约定,让所有的一代目公证人自己给自己签发一个证书,叫做根证书,并安装在我们的操作系统中。

以后在验证网站服务器的证书时,就得先去验证证书的签发者,然后再继续验证上一级签发者,直到验证最终的签发者是不是在根证书列表中。

只要最终的签发者在系统的根证书列表中,那这条链上签署的证书就都是受信任的,否则我们就会弹窗提醒用户:

如今,这套方案已经推广到了全世界,现在遇到使用这套方案的网站服务器时,我们浏览器就会在地址栏加上一把小锁,表示网站很安全,还把URL地址,从HTTP,改成了HTTPS···

PS:本文用故事形式讲述了HTTPS是如何工作的,只是起一个引领入门的作用,略去了很多细节,实际情况远比这复杂,比如对称加密秘钥的计算方式、秘钥的交换算法(RSA、DH、ECDH还有区别),双方测试秘钥正确性的方式都没有体现出来,有机会再写一篇正经的技术文来详细抓包剖析HTTPS详细流程。

希望本文对大家理解HTTPS机制有一些帮助,再看其他专业介绍时不再吃力。

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