一篇文章读懂HTTPS及其背后的加密原理

https，作为超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure），是HTTP的安全升级版，其核心目标是确保通信过程中的安全性。本文将深入探讨其原理及其重要性。

一、https的诞生背景：http的不安全挑战

当我们谈论私密数据的传输时，如信用卡信息或个人密码等，http的安全隐患变得显而易见。在数据传输过程中，数据有可能被第三方截获，存在数据泄露的风险。数据在传输过程中可能被篡改或替换，导致服务器接收到的信息失真。服务器也无法确认数据的真实来源，这无疑削弱了通信的可靠性。http存在三大核心问题：消息的保密性、完整性和来源的可靠性无法保障。而https正是为解决这些问题而诞生的。

二、核心概念：加密技术与https的实现

https采用一系列技术来解决http存在的问题，包括对称加密与非对称加密、数字证书以及数字签名等。让我们来详细了解一下这些技术的基本概念。

对称加密是客户端和服务器共享一个密钥进行消息的加密和解密。虽然这种方法解决了消息的保密性问题，但其缺点在于密钥的泄露风险较高，难以保障消息的来源和完整性。

非对称加密则采用公钥和私钥的组合，公钥可以公开，而私钥则需要保密。使用公钥加密的消息只能由相应的私钥解密，从而大大提高了消息的安全性和完整性。非对称加密也存在一些挑战，如公钥的来源安全性问题。为了解决这一问题，我们需要引入数字证书和数字签名的概念。

数字证书是由权威机构颁发的，用于验证公钥的真实性和合法性的证书。这些权威机构被称为认证中心（CA）。服务器可以向CA申请数字证书，申请过程包括生成公私钥对并提交公钥以及其他信息给CA。CA通过特定的算法对这些信息进行加密，生成所谓的摘要。通过这种方式，我们可以确保公钥的真实来源，并增强通信的安全性。

https通过结合对称加密与非对称加密、数字证书与数字签名等技术，解决了http存在的安全问题，确保了通信过程中的安全性、可靠性和完整性。单向Hash算法以其单向不可逆的特性著称。一旦原始内容发生微小变化，其加密后的数据将呈现出巨大的差异。虽然存在极小的重复可能性（有兴趣的读者可以深入了解鸽巢原理），但其有效防止了信息被篡改。

在生成摘要后，CA会用私匙对摘要进行二次加密，这一加密后的数据被称为数字签名。此后，CA将整合申请信息（包含服务器的公匙）与数字签名，生成数字证书并传递给我们。

关于数字证书的作用机制，当服务器获取到数字证书后，会将其发送给客户端。客户端使用CA的公匙解密数字证书并验证其合法性。我们的电脑和浏览器已经预装了部分权威机构的根证书，这些根证书中包含了CA的公匙。这些根证书之所以称为“根”，是因为现实中的认证中心是有层级结构的，根证书是最顶级机构的证书，其公匙在子级同样适用。

客户端成功解密数字证书后，会按照同样的Hash算法生成申请信息的摘要，并与解密出的摘要进行对比。如果两者一致，说明内容完整，未被篡改。此后，客户端安全地从证书中获取服务器的公匙，与服务器进行安全的非对称加密通信。服务器获取客户端公匙的方法也是同样的流程。

接下来，让我们简要了解HTTPS的原理。在了解对称加密与非对称加密的优缺点后，HTTPS并非采用单一技术，而是结合SSL（Secure Socket Layer）技术将各种技术整合在一起，实现了性能与安全性的最大化。这套整合技术让HTTPS在HTTP的基础上增加了一层加密外壳。

关于HTTPS的建立过程，可以简要分为以下几个阶段和过程：

1. 客户端通过发送Client Hello报文启动SSL通信，其中包含了支持的SSL版本和加密组件列表。

2. 服务器回应以Server Hello报文，同样包含了SSL版本和筛选后的加密组件。

3. 服务器发送包含公开密匙证书的报文。

4. 服务器发送Server Hello Done报文，标志着SSL握手协商的初步结束。

此后，经过多次握手和报文交换，SSL连接建立完成，应用层协议（如HTTP）的通信开始。在这个过程中，应用层会发送附加MAC（Message Authentication Code）的报文摘要，以确保报文的完整性和未被篡改。

整体而言，HTTPS的建立是一个复杂而精细的过程，它充分利用了各种加密技术的优点，确保了通信的安全性和可靠性。图解：深入解析HTTPS的运作原理

你是否曾被数字证书和加密技术所吸引，想要更深入地了解HTTPS的工作机制呢？让我们通过一张更详细的图解来深入理解这一过程（图片来源于《图解HTTP》）。

这张图详细地展示了HTTPS如何首先通过数字证书确保服务器的公钥安全地传输到客户端。随后，利用非对称加密技术，HTTPS安全地传递共享密钥。最终，使用共享密钥进行数据安全交换。这就是HTTPS的基本工作原理。

关于HTTPS的使用场景

虽然HTTPS提供了消息安全传输的通道，但其加解密过程消耗了大量的系统资源。我们并非在所有场景下都需要使用HTTPS进行通信。例如，在一些对安全性要求不高的场景中，如普通的社交网络或论坛，使用HTTP可能就足够了。而对安全性要求较高的场景，如银行系统、购物系统，我们则必须使用HTTPS来确保数据的安全传输。

关于数字证书的成本

使用HTTPS不可避免地涉及到数字证书。虽然权威机构颁发的数字证书通常需要收费，且价格不菲，但对于个人网站或学生项目来说，如果安全性要求不高，可以选择不使用HTTPS。如果你需要购买数字证书，也要考虑其性价比和服务质量。

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