面试官：为什么说HTTPS比HTTP安全? HTTPS是如何保证安全的？

[linwu-hi]

一、安全特性

在前文中，我们已经了解到HTTP在通信过程中存在以下问题：

• 通信使用明文（未加密），内容可能会被窃听。
• 不验证通信方的身份，因此容易受到伪装攻击。

而HTTPS的出现旨在解决这些问题，HTTPS建立在SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字协议）之上，通过SSL来保障通信的安全性。

一旦采用SSL，HTTP就拥有了HTTPS的加密、证书和完整性保护等功能。

SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字协议）及其后继协议传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全性和数据完整性的安全协议。

二、实现方法

SSL主要依赖于以下三种手段来实现其功能：

1. 对称加密

对称加密是指使用协商的密钥对数据进行加密和解密，而密钥是相同的。只要密钥的安全性得到保障，整个通信过程就能确保机密性。

2. 非对称加密

非对称加密使用两个不同的密钥，一个是公钥，一个是私钥。公钥可以公开分享，而私钥必须保密。

公钥和私钥都可以用于加密和解密，但使用公钥加密后只能使用私钥解密，反之亦然。

3. 混合加密

在HTTPS通信中，采用混合加密，结合了对称加密和非对称加密。具体做法是发送方使用接收方的公钥对"对称密钥"进行加密，然后接收方使用自己的私钥解密，获取"对称密钥"。

这样可以确保在密钥交换的过程中安全性得到保障，随后可以使用对称加密方式进行通信。

举例说明：

假设网站拥有私钥并将公钥公开发布。当用户想要登录网站时，只需使用公钥加密数据，密文只有私钥持有者才能解密。黑客无法解密密文，因为他们没有私钥。

上述方法解决了数据加密问题，但在网络传输过程中，数据可能被篡改，且黑客可能伪造身份发布公钥。若获取了伪造的公钥，混合加密也无法保障数据的安全性。为此，我们需要摘要算法来确保完整性和身份验证。

4. 摘要算法

摘要算法是保证数据完整性的主要手段，也称为散列函数或哈希函数。它将任意长度的数据压缩成固定长度的唯一摘要字符串，类似于为数据生成数字"指纹"。

摘要算法确保数字"指纹"与原文是完全等价的。因此，只需在原文后附上其摘要，即可确保数据的完整性。

举例来说，若发送一条消息："转账 1000 元"，并附上SHA-2摘要，网站接收后计算消息的摘要，将两个"指纹"进行对比，如果匹配，表明消息是完整可信的，没有被修改。

5. 数字签名

数字签名用于确定消息确实是由发送方签署并发送的，因为没有人能伪造发送方的签名。

其原理很简单，使用私钥加密，公钥解密。

签名和公钥一样完全公开，任何人都可以获取。但只有使用私钥对应的公钥才能解密它，进而验证原文的完整性，就像签署文件一样证明消息确实是发送者发出的。

然而，我们仍需要防止黑客伪造公钥，即如何确定公钥的真实性。这时，需要第三方机构，即证书验证机构（Certificate Authority，CA）。

6. 证书验证机构（CA）

数字证书认证机构位于客户端和服务器双方都可信任的第三方位置。

CA对公钥的签名认证要求包括序列号、用途、颁发者、有效时间等等，将这些信息打包并签名，完整地证明了公钥的各种信息，形成"数字证书"。

流程如

下图：

• 服务器运营者向数字证书认证机构申请公开密钥。
• 数字证书认证机构在验证申请者身份后，对已申请的公开密钥进行数字签名。
• 接着，分发已签名的公开密钥，并将其与公钥证书绑定在一起。
• 服务器将数字证书发送给客户端，以便使用非对称加密方式通信。

客户端收到证书后，使用数字证书认证机构的公开密钥验证数字签名。一旦验证通过，就可以确认：

• 服务器的公开密钥是由数字证书认证机构认证的，有效的。
• 服务器的公开密钥是值得信任的。

三、总结

可以看到，HTTPS与HTTP虽然只差一个SSL，但通信的安全性大幅提高，满足了通信的四大特性：

• 机密性：通过混合算法实现。
• 完整性：通过摘要算法实现。
• 身份认证：通过数字签名实现。
• 不可否认性：同样通过数字签名实现。

同时引入了第三方证书认证机构，以确保公开密钥的安全性。

参考文献

• 知乎文章
• 掘金文章
• 腾讯云开发者社区文章