【211期】面试官——说说为什么HTTPS是安全的

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面试刷图,查缺补漏

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阶段汇总集合:

1. HTTP 协议

在谈论 HTTPS 协议之前,先来回顾一下 HTTP 协议的概念。

1.1 HTTP 协议介绍

HTTP 协议是一种基于文本的传输协议,它位于 OSI 网络模型中的 应用层

HTTP 协议是通过客户端和服务器的请求应答来进行通讯,目前协议由之前的 RFC 2616 拆分成立六个单独的协议说明(RFC 7230、RFC 7231、RFC 7232、RFC 7233、RFC 7234、RFC 7235),通讯报文如下:

  • 请求
  • 
    POST http://www.baidu.com HTTP/1.1
    Host: www.baidu.com
    Connection: keep-alive
    Content-Length: 7
    User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/71.0.3578.98 Safari/537.36
    
    wd=HTTP
    
  • 响应
  • 
    HTTP/1.1 200 OK
    Connection: Keep-Alive
    Content-Encoding: gzip
    Content-Type: text/html;charset=utf-8
    Date: Thu, 14 Feb 2019 07:23:49 GMT
    Transfer-Encoding: chunked
    
    html.../html
    

    1.2 HTTP 中间人攻击

    HTTP 协议使用起来确实非常的方便,但是它存在一个致命的缺点: 不安全

    我们知道 HTTP 协议中的报文都是以明文的方式进行传输,不做任何加密,这样会导致什么问题呢?下面来举个例子:

  • 小明在 JAVA 贴吧发帖,内容为`我爱JAVA`: 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

  • 被中间人进行攻击,内容修改为`我爱PHP` 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

  • 小明被群嘲(手动狗头)
  • 可以看到在 HTTP 传输过程中,中间人能看到并且修改 HTTP 通讯中所有的请求和响应内容,所以使用 HTTP 是非常的不安全的。

    1.3 防止中间人攻击

    这个时候可能就有人想到了,既然内容是明文那我使用 对称加密的方式将报文加密这样中间人不就看不到明文了吗,于是如下改造:

  • 双方约定加密方式 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

  • 使用 AES 加密报文 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

  • 这样看似中间人获取不到明文信息了,但其实在通讯过程中还是会以明文的方式暴露加密方式和秘钥,如果第一次通信被拦截到了,那么秘钥就会泄露给中间人,中间人仍然可以解密后续的通信:

    那么对于这种情况,我们肯定就会考虑能不能将秘钥进行加密不让中间人看到呢?答案是有的,采用 非对称加密,我们可以通过 RSA 算法来实现。

    在约定加密方式的时候由服务器生成一对 公私钥,服务器将 公钥返回给客户端,客户端本地生成一串秘钥( AES_KEY)用于 对称加密,并通过服务器发送的 公钥进行加密得到( AES_KEY_SECRET),之后返回给服务端,服务端通过 私钥将客户端发送的 AES_KEY_SECRET进行解密得到 AEK_KEY,最后客户端和服务器通过 AEK_KEY进行报文的加密通讯,改造如下:

    可以看到这种情况下中间人是窃取不到用于 AES加密的秘钥,所以对于后续的通讯是肯定无法进行解密了,那么这样做就是绝对安全了吗?

    所谓道高一尺魔高一丈,中间人为了对应这种加密方法又想出了一个新的破解方案,既然拿不到 AES_KEY,那我就把自己模拟成一个客户端和服务器端的结合体,在 用户-中间人的过程中中间人模拟服务器的行为,这样可以拿到用户请求的明文,在 中间人-服务器的过程中中间人模拟客户端行为,这样可以拿到服务器响应的明文,以此来进行中间人攻击:

    这一次通信再次被中间人截获,中间人自己也伪造了一对公私钥,并将公钥发送给用户以此来窃取客户端生成的 AES_KEY,在拿到 AES_KEY之后就能轻松的进行解密了。

    中间人这样为所欲为,就没有办法制裁下吗,当然有啊,接下来我们看看 HTTPS 是怎么解决通讯安全问题的。

    2. HTTPS 协议

    2.1 HTTPS 简介

    HTTPS 其实是 SSL+HTTP的简称,当然现在 SSL基本已经被 TLS取代了,不过接下来我们还是统一以 SSL作为简称, SSL协议其实不止是应用在 HTTP协议上,还在应用在各种应用层协议上,例如: FTP WebSocket

    其实 SSL协议大致就和上一节 非对称加密的性质一样,握手的过程中主要也是为了交换秘钥,然后再通讯过程中使用 对称加密进行通讯,大概流程如下:

    这里我只是画了个示意图,其实真正的 SSL 握手会比这个复杂的多,但是性质还是差不多,而且我们这里需要关注的重点在于 HTTPS 是如何防止中间人攻击的。

    通过上图可以观察到,服务器是通过 SSL 证书来传递 公钥,客户端会对 SSL 证书进行验证,其中证书认证体系就是确保 SSL安全的关键,接下来我们就来讲解下 CA 认证体系,看看它是如何防止中间人攻击的。

    2.2 CA 认证体系

    上一节我们看到客户端需要对服务器返回的 SSL 证书进行校验,那么客户端是如何校验服务器 SSL 证书的安全性呢。

  • 权威认证机构 在 CA 认证体系中,所有的证书都是由权威机构来颁发,而权威机构的 CA 证书都是已经在操作系统中内置的,我们把这些证书称之为`CA根证书`: 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

  • 签发证书 我们的应用服务器如果想要使用 SSL 的话,需要通过权威认证机构来签发`CA证书`,我们将服务器生成的公钥和站点相关信息发送给`CA签发机构`,再由`CA签发机构`通过服务器发送的相关信息用`CA签发机构`进行加签,由此得到我们应用服务器的证书,证书会对应的生成证书内容的`签名`,并将该`签名`使用`CA签发机构`的私钥进行加密得到`证书指纹`,并且与上级证书生成关系链。

    这里我们把百度的证书下载下来看看:

    【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

    可以看到百度是受信于`GlobalSign G2`,同样的`GlobalSign G2`是受信于`GlobalSign R1`,当客户端(浏览器)做证书校验时,会一级一级的向上做检查,直到最后的`根证书`,如果没有问题说明`服务器证书`是可以被信任的。
  • 如何验证服务器证书 那么客户端(浏览器)又是如何对`服务器证书`做校验的呢,首先会通过层级关系找到上级证书,通过上级证书里的`公钥`来对服务器的`证书指纹`进行解密得到`签名(sign1)`,再通过签名算法算出服务器证书的`签名(sign2)`,通过对比`sign1`和`sign2`,如果相等就说明证书是没有被`篡改`也不是`伪造`的。 【211期】面试官:说说为什么HTTPS是安全的

    这里有趣的是,证书校验用的 RSA 是通过私钥加密证书签名,公钥解密来巧妙的验证证书有效性。
  • 这样通过证书的认证体系,我们就可以避免了中间人窃取 AES_KEY从而发起拦截和修改 HTTP 通讯的报文。

    总结

    首先先通过对 HTTP 中间人攻击的来了解到 HTTP 为什么是不安全的,然后再从安全攻防的技术演变一直到 HTTPS 的原理概括,希望能让大家对 HTTPS 有个更深刻的了解。

    END

    来源:segmentfault.com/a/1190000023936425

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