【騰許Bugly干貨分享】“HTTPS”安全在哪里？

背景

最近基于興趣學學習了下 HTTPS 相關的知識，在此記錄下學習心得。

在上網獲取信息的過程中，我們接觸最多的信息加密傳輸方式也莫過于 HTTPS 了。每當訪問一個站點，瀏覽器的地址欄中出現綠色圖標時，意味著該站點支持 HTTPS 信息傳輸方式。我們知道 HTTPS 是我們常見的 HTTP 協議與某個加密協議的混合體，也就是 HTTP+S。這個 S 可以是 TLS（安全傳輸層協議）、也可以是 SSL（安全套接層），不過我更認可另一個抽象概括的說法，HTTP+Security。不過要談論 HTTPS 為何安全，還得從 HTTP 為何不安全說起。

假設你現在正坐在教室里上課，現在你非常想和走道旁的迷人的 TA 說一些話，一般這個時候你會用“傳紙條”的方式來交流。而這個方式和 TCP/IP 協議基本的工作模式十分相像：

1. 通過小動作引起對方注意；
2. 對方以多種可能的方式（注視、肢體語言等）回應于你；
3. 你確認對方感知到你后，將紙條傳給對方；
4. 對方閱讀紙條；

5. 對方給予你閱讀后的反應；

   怎么樣，這個流程是不是很熟悉？

   如果你要傳遞紙條的 TA 距離你很遠怎么辦？HTTP 協議就是指你在紙條上寫明你要傳給的 TA 是誰，或者 TA 的座位在哪，接著只需要途徑的同學拿到紙條后根據紙條上的指示依次將紙條傳過去就 OK 了。

   

   這個時候問題來了：途徑的同學完全可以觀看并知道你在紙條上寫了什么。

   

   這就是 HTTP 傳輸所面臨的問題之一：中間人攻擊，指消息傳遞的過程中，處在傳遞路徑上的攻擊者可以嗅探或者竊聽傳輸數據的內容。

   加密

   HTTPS 針對這個問題，采用了“加密”的方式來解決。最著名原始的加密方法就是對稱加密算法了，就是雙方約定一個暗號，用什么字母替換什么字母之類的。現在一般采用一種叫 AES（高級加密算法）的對稱算法。

   

   對稱加密算法既指加密和解密需要使用的密鑰 key 是一樣的。

   AES 在數學上保證了，只要你使用的 key 足夠長，破解幾乎是不可能的（除非光子計算機造出來了）

   我們先假設在沒有密鑰 key 的情況下，密文是無法被破解的，然后再回到這個教室。你將用 AES 加密后的內容噌噌噌地寫在了紙條上，正要傳出去的時候你突然想到，TA 沒有 key 怎么解密內容呀，或者說，應該怎么把 key 給TA？

   如果把 key 也寫在紙條上，那么中間人照樣可以破解竊聽紙條內容。也許在現實環境中你有其他辦法可以把 key 通過某種安全的渠道送到 TA 的手里，但是互聯網上的實現難度就比較大了，畢竟不管怎樣，數據都要經過那些路由。

   于是聰明的人類發明了另一種加密算法——非對稱加密算法。這種加密算法會生成兩個密鑰（key1 和 key2）。凡是 key1 加密的數據，key1 自身不能解密，需要 key2 才能解密；凡事 key2 加密的數據，key2 自身不能解密，只有 key1 才能解密。

   目前這種算法有很多中，最常用的是 RSA。其基于的數學原理是：

   兩個大素數的乘積很容易算，但是用這個乘積去算出是哪兩個素數相乘就很復雜了。好在以目前的技術，分解大數的素因確實比較困難，尤其是當這個大數足夠大的時候（通常使用2的10次方個二進制位那么大），就算是超級計算機，解密也需要非常長的時間。

   現在就把這種非對稱加密的方法應用在我們教室傳紙條的場景里。

• 你在寫紙條內容之前先用 RSA 技術生成了一對密鑰 k1 和 k2。
• 你把 k1 用明文傳了出去，路經也許有人會截取，但是沒有用，k1 加密的數據需要 k2 才可以破解，而 k2 在你自己手中。
• k1 傳到了目的人，目的人會去準備一個接下來準備用于對稱加密（AES）的傳輸密鑰 key，然后用收到的 k1 把 key 加密，傳給你。

• 你用手上的 k2 解出 key 后，全教室只有你和你的目的人擁有這個對稱加密的 key，你們倆就可以盡情聊天不怕竊聽啦~

  這里也許你會有問題，為什么不直接用非對稱加密來加密信息，而是加密 AES 的 key 呢？
  因為非對稱加密和解密的平均消耗時間比較長，為了節省時間提高效率，我們通常只是用它來交換密鑰，而非直接傳輸數據。

  然而使用非對稱加密真的可以防范中間人攻擊嗎？
  雖然看上去很安全，但是實際上卻擋不住可惡的中間人攻擊。

  

  假設你是 A，你的目的地是 B，現在要途徑一個惡意同學M。

  

  中間人的惡意之處在于它會偽裝成你的目標。

• 當你要和 B 完成第一次密鑰交換的時候，M 把紙條扣了下來，假裝自己是B并偽造了一個 key，然后用你發來的 k1 加密了 key 發還給你。

• 你以為你和 B 完成了密鑰交換，實際上你是和 M 完成了密鑰交換。
• 同事 M 和 B 完成一次密鑰交換，讓 B 以為和 A 你完成了密鑰交換。

• 現在整體的加密流程變成了A（加密鏈接1）->M(明文)->B(加密鏈接2)的情況了，這時候 M 依然可以知道A和B傳輸的全部消息。

  這個時候就是體現 HTTPS 和傳紙條的區別了。在教室里，你是和一位與你身份幾乎對等的的對象來通信；而在訪問網站時，對方往往是一個比較大（或者知名）的服務者，他們有充沛的資源，或許他們可以向你證明他們的合法性。

  此時我們需要引入一個非常權威的第三方，一個專門用來認證網站合法性的組織，可以叫做 CA（Certificate Authority）。各個網站服務商可以向 CA 申請證書，使得他們在建立安全連接時可以帶上 CA 的簽名。而 CA 得安全性是由操作系統或者瀏覽器來認證的。

  你的 Windows、Mac、Linux、Chrome、Safari 等會在安裝的時候帶上一個他們認為安全的 CA 證書列表，只有和你建立安全連接的網站帶有這些CA的簽名，操作系統和瀏覽器才會認為這個鏈接是安全的，否則就有可能遭到中間人攻擊。

  一旦某個 CA 頒發的證書被用于的非法途徑，那么這個 CA 之前頒發過的所有證書都將被視為不安全的，這讓所有 CA 在頒發證書時都十分小心，所以 CA 證書在通常情況下是值得信任的。

  總結

  使 HTTP 后面增加一個S（Security）的技術，正是 對稱加密 + 非對稱加密 + CA 認證 這三種技術的混合體。當然這個主要是 HTTPS 的基本原理，真正實際中的 HTTPS 的協議是比以上的描述更為復雜一些的，并且其中任何一步稍有閃失，整個流程都將不再安全。

  這也是為什么 HTTPS 協議從 SSL 1.0升級到 SSL 3.0，再被 TLS 1.0 現在被 TLS 1.3取代，其背后都是一個個細節上的優化，以防有任何閃失。

  TLS 協議相比 SSL 協議增加了傳輸層的安全保證。

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