引言

在現代網絡通信中，數據的安全性至關重要。HTTP（Hypertext Transfer Protocol）作為互聯網上傳輸數據的協議，雖然應用廣泛，但其數據以明文形式傳輸，存在被竊取和篡改的風險。為此，HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）應運而生，它通過加密傳輸和身份驗證技術，為網絡通信提供了更高的安全性。本文將詳細介紹HTTPS的工作原理。

HTTPS概述

HTTPS是HTTP的安全版本，通過在HTTP協議的基礎上增加了SSL/TLS（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security）協議層，實現了數據的加密傳輸和服務器身份驗證。當用戶訪問一個HTTPS網站時，瀏覽器首先與服務器建立TCP連接，然后通過SSL/TLS協議進行加密通信，確保數據的機密性、完整性和真實性。

HTTPS工作原理

HTTPS的工作過程可以分為兩個階段：握手階段和數據傳輸階段。

握手階段

握手階段的主要目的是建立安全連接，協商加密算法，并交換密鑰。以下是握手階段的具體步驟：

1. ClientHello：

   • 客戶端（如瀏覽器）向服務器發送一個ClientHello消息，包含支持的SSL/TLS版本、加密套件列表（包括加密算法和散列算法）和一個隨機數。

2. ServerHello：

   • 服務器收到ClientHello消息后，選擇一個客戶端也支持的加密套件和SSL/TLS版本，然后發送ServerHello消息給客戶端，包括選擇的加密套件、SSL/TLS版本和一個隨機數。

3. Certificate：

   • 服務器發送自己的數字證書給客戶端，證書中包含服務器的公鑰、證書頒發機構的簽名以及服務器的身份信息（如域名）。

4. ServerHelloDone：

   • 服務器發送ServerHelloDone消息給客戶端，表示服務器握手階段的消息已經發送完畢。

5. Client驗證證書：

   • 客戶端驗證服務器的數字證書，包括檢查證書是否由受信任的證書頒發機構簽發、證書是否過期以及證書中的域名是否與訪問的域名匹配。

6. ClientKeyExchange：

   • 客戶端生成一個隨機的預主密鑰（Pre-Master Secret），然后使用服務器的公鑰加密預主密鑰，發送給服務器。

7. Server解密預主密鑰：

   • 服務器使用自己的私鑰解密預主密鑰。至此，客戶端和服務器已經協商完成了一個共享的密鑰。

8. 生成會話密鑰：

   • 客戶端和服務器使用預主密鑰、客戶端和服務器在握手階段產生的兩個隨機數，共同生成一個對稱的會話密鑰，用于后續的數據加密和解密。

9. ChangeCipherSpec：

   • 客戶端和服務器各自發送ChangeCipherSpec消息，表示接下來的通信將使用新協商的加密方法。

10. Finished：

    • 客戶端和服務器分別發送Finished消息，包含所有握手消息的摘要，使用會話密鑰加密。這確保了握手過程中沒有被篡改。

數據傳輸階段

在握手階段完成后，客戶端和服務器進入數據傳輸階段。在這個階段，所有的HTTP請求和響應都會通過加密通道進行傳輸，確保數據的機密性和完整性。具體過程如下：

1. 數據加密：

   • 客戶端和服務器使用握手階段生成的會話密鑰，對發送和接收的數據進行加密和解密。對稱加密算法（如AES）因其加密和解密速度快，被用于實際的數據傳輸。

2. 數據完整性校驗：

   • SSL/TLS協議提供了消息完整性校驗機制，通過哈希算法（如SHA-256）生成消息摘要，確保數據在傳輸過程中沒有被篡改。

3. 序列號機制：

   • 每個加密的數據包都會附帶一個序列號，用于防止數據重放攻擊。

HTTPS的安全性

HTTPS的安全性主要體現在以下幾個方面：

1. 數據加密：

   • 通過SSL/TLS協議，HTTPS對數據進行加密，即使數據被攔截，攻擊者也無法直接查看數據內容。

2. 身份驗證：

   • 通過數字證書，HTTPS可以驗證服務器的身份，防止用戶訪問到假冒的網站。

3. 數據完整性：

   • SSL/TLS協議提供了消息完整性校驗機制，可以防止數據在傳輸過程中被篡改。

HTTPS的應用場景

HTTPS常用于需要保護敏感信息的場景，如網上銀行、電子商務網站、電子郵件服務和社交媒體平臺等。在這些場景中，用戶需要輸入個人信息和敏感數據，HTTPS能夠確保這些數據在傳輸過程中的安全性。

結論

HTTPS通過握手階段建立安全的通信連接，并使用加密算法保護數據的安全性和完整性。這種安全性是通過公鑰加密和對稱加密的組合使用來實現的。隨著網絡安全威脅的不斷增加，HTTPS已成為互聯網通信中不可或缺的一部分，為用戶的隱私和數據安全提供了有力保障。

一句話總結

HTTPS就是先用非對稱加密生成一個對稱加密的秘鑰，再用這個只有發送方和接收方知道的秘鑰來做對稱加密。不直接用對稱加密的原因是因為不安全，不直接用非對稱加密的原因是損耗高。