HTTPS全解析：从证书签发到TLS握手优化

发布于：2025-05-13 ⋅ 阅读:(16) ⋅ 点赞:(0)

HTTPS（超文本传输安全协议 本质上是HTTP的安全版本。标准的HTTP协议仅规范了客户端与服务器之间的通信格式，但所有数据传输都是明文的，容易被中间人窃听和篡改。HTTPS通过加密传输数据解决了这一安全问题。

HTTPS可以理解为"HTTP+TLS/SSL"。虽然名称中仍保留"SSL"（安全套接层），但现代HTTPS实际使用的是更先进的TLS（传输层安全）协议。目前最新的版本是TLS/1.3。

协议发展史：
SSL 1.0 → SSL 2.0 → SSL 3.0 → TLS 1.0 → TLS 1.1 → TLS 1.2 → TLS 1.3

如今主流浏览器和服务器都已淘汰不安全的SSL协议，全面支持TLS协议。TLS/1.3在安全性、性能和隐私保护方面都有显著提升。

一、CA证书

虽然，TLS或者SSL加密解决了服务端与客户端之间交流信息被窥探的问题，但是，我们仍无法保证客户在输入域名时输入的是正确域名，比如，我想访问CSDN(www.csdn.net)，会不会多输一个字符(www.csdnn.net)，这样就可以伪造相似的域名来给客户访问，当客户输错时就进入到了错误的网站，

为了解决这个问题，服务端需要申请SSL证书（现代使用的都是TLS协议，但证书仍然习惯称为"SSL证书"，证证书本身不依赖SSL或者TLS，它只是用于身份验证和密钥交换的文件，由于SSL最早使用证书，所以"SSL证书"成了通用称呼）来证明这个域名就是大家熟知的CSDN网站。例如我的浏览器就拿到了这个证书

请添加图片描述

数字证书包含以下关键信息：

  1. 颁发对象的基本信息（如域名）
  2. 网站的公钥
  3. 颁发机构（CA）的数字签名
  4. 有效期等元数据

当用户通过HTTPS（默认端口443）访问网站时，浏览器会自动验证服务器提供的证书：

  • 检查证书是否由受信任的CA签发
  • 验证证书中的域名与实际访问的域名是否匹配
  • 确认证书是否在有效期内

通过这套机制，即使用户输入错误的域名，只要该域名没有合法的证书，浏览器就会显示安全警告，有效防止用户误入钓鱼网站。

二、TLS握手过程

TLS/1.2

正常的TCP三次握手是不变的，TCP三次握手如下所示：

请添加图片描述

但是TLS握手需要更多的步骤，在TCP链接建立以后：

请添加图片描述

  1. 客户端发送 Client Hello 消息

    • 客户端向服务器发起握手，并告知支持的加密参数。
    • 包含内容
      • TLS 版本（如 TLS 1.2）。
      • 客户端随机数（Client Random）（用于后续密钥计算）。
      • 支持的加密套件（Cipher Suites）（如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384）。
      • 支持的压缩算法（现代TLS通常不使用压缩）。

  2. 服务端发送 Server Hello 消息

    • 服务器确认加密参数，并生成服务器随机数。
    • 包含内容
      • TLS 版本（如 TLS 1.2）。
      • 服务端随机数（Sever Random）（用于后续密钥计算）。
      • 支持的加密套件（Cipher Suites）（如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384）。
      • 会话 ID（Session ID）（用于会话恢复，可选）。

  3. 服务端发送 Certificate 消息

    • 服务器发送自己的证书，供客户端验证身份。
    • 包含内容
      • 服务器的 X.509 证书（包含公钥、域名、颁发机构等信息）。
      • 证书链（Certificate Chain）（中间CA证书，帮助客户端验证信任链）。
    • 客户端需验证
      • 检查证书是否过期。
      • 检查域名是否匹配（防止钓鱼攻击）。
      • 检查颁发机构（CA）是否受信任（如 DigiCert、Let’s Encrypt）。

  4. 服务端发送 Server Key Exchange 消息

  • 如果使用 ECDHE 或 DHE 等密钥交换算法，服务器会发送临时公钥。
  • 包含内容
    • DH/ECDH 参数（如椭圆曲线名称、临时公钥）。
    • 签名（证明参数未被篡改）。
  1. 服务端发送 Server Hello Done 消息
    • 告知客户端服务器握手信息发送完毕，等待客户端响应。
  2. 客户端发送 Client Key Exchange 消息
    • 客户端生成 预主密钥（Pre-Master Secret） 并加密发送给服务器。
    • 包含内容
      • 加密的预主密钥（使用服务器证书中的公钥加密，或者用第4步发送的临时公钥进行加密）
      • 如果是 RSA 密钥交换，直接发送加密的预主密钥。
      • 如果是 ECDHE/DHE，客户端也发送自己的临时公钥。
  3. 服务端和客户端发送 Change Cipher Spec 以及 Finished 消息
    • 通知服务器，后续通信将使用协商的密钥加密。
  4. 后续通信使用双方沟通好的秘钥进行通信，即对称加密，秘钥为(客户端随机数 + 服务端随机数 + 预主秘钥)

TLS/1.3

TLS/1.3 的整个握手过程发生了一些改变

  • 合并消息：Server Hello、Certificate、Server Key Exchange 合并为一条响应。
  • 删除冗余步骤：移除 Change Cipher Spec（加密切换隐含在握手逻辑中）。
总结

1.2协议的过程

在这里插入图片描述

1.3协议的过程

在这里插入图片描述

三、TLS/1.3 升级了什么

前向保密

TSL 1.2 中的加密措施主要是 RSA 和 DH 算法，DH算法可以每次都使用新的随机数，因此不存在前向保密的问题，即使从以往的信息中破解出了私钥，那也只是那一次通信的私钥，而RSA存在前向保密问题，因为其私钥和公钥都是静态的，那么一旦私钥被破解，以前通信的消息都会被破解。 其实不使用临时随机数的DH算法也有这个问题。因此静态的RSA和DH秘钥交换算法在TLS/1.3中被移除了。

  • TLS/1.2：支持非前向安全的 RSA 密钥交换。
  • TLS/1.3：强制使用 ECDHE，即使私钥泄露，历史会话也无法解密。

参数组合

那是不是使用非静态参数就安全了？其实这就相当于我们选择不改密码和经常改密码，经常改密码当然是更加安全的。但实际上一些主机并不支持新版本的TLS，甚至只支持SSL。TLS/1.2 协议是支持版本降级的，因此在这些较旧的主机上必须通过版本降级来通信。

同时，DH算法参数(P与G)是通过服务器来选择的，可以有很多选择，虽然DH算法破解难度大，但是DH并不是所有参数都安全。

TLS/1.2 协议在创建连接时是明文的，因此可能被黑客截获，截获后可以给服务端发送假的 Clien Hello 消息，造成服务端协议降级。虽然1024bit的DH协议很安全，那降级成512bit破解难度就降低不少了。

因此TLS/1.3干脆放弃了DH算法中很多弱参数选择，并对参数进行了限制。

密码套件

TLS/1.2 支持的密码套件有：

TLS_DHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
TLS_DHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384
TLS_DHE_DSS_WITH_AES_128_GCM_SHA256
TLS_DHE_DSS_WITH_AES_256_GCM_SHA384
TLS_PSK_WITH_AES_256_GCM_SHA384
TLS_DHE_PSK_WITH_AES_128_GCM_SHA256
TLS_DHE_PSK_WITH_AES_256_GCM_SHA384
TLS_DHE_PSK_WITH_CHACHA20_POLY1305_SHA256

其格式为

TLS_[密钥交换算法]_[身份验证算法]_WITH_[加密算法]_[哈希算法]

这仅是常见的密码套件组合，其实际可选用的密码套件组合更多，所以在建立加密通信之前必须协商需要使用的密码套件组合。

在TLS/1.3 协议中，仅建议五种密码套件：

TLS_AES_128_GCM_SHA256
TLS_AES_256_GCM_SHA384
TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256
TLS_AES_128_CCM_SHA256
TLS_AES_128_CCM_8_SHA256

密码套件的格式变为

TLS_[对称加密算法]_[哈希算法]

看起来就更简单了，代价是只支持三种密钥交换方式 (EC)DHE，PSK-only，PSK ith (EC)DHE

TLS/1.3 中参数就少了很多，速度也快了很多。也正是因为客户端一开始就可以发送协商参数，因此TLS/1.3 相较于 TLS/1.2 少了 1-RTT

恢复会话 （0-RTT）

客户端和服务端此前已完成完整握手，并缓存了会话密钥。 客户端 → 服务端 Client Hello + 0-RTT 数据 就可以直接恢复之前的会话。

但这个技术存在一定问题，给了黑客一定的可乘之机，黑客可以截获客户端恢复会话的消息，在多次发送给服务端，那么原本只转账1元，现在就转了n元。

对比

特性 TLS/1.2 TLS/1.3
握手耗时 2-RTT 1-RTT（默认），0-RTT（可选）
密钥交换 支持 RSA（不安全）、ECDHE 仅 ECDHE（强制前向安全）
加密算法 AES-CBC、RC4（不安全） 仅 AES-GCM、ChaCha20
握手消息加密 仅 Finished 后加密 除 Hello 外全部加密
降级攻击防护 较弱 强制版本确认

四、好像并不需要CA…吗？

上述的Https握手阶段我们可以发现，似乎可以跳过CA这个过程，但并非如此，这样的话无法解决中间人的问题

请添加图片描述

客户端在通信时一直在于中间人通信，中间人在截获消息后再发送给服务端。核心在于，在TLS握手阶段，中间人劫持了流量，伪装成了服务端，客户端认为自己与服务端建立了加密通信，但是其实是与中间人建立了加密通信，那加了个寂寞。

所以CA还是需要的，这样一开始你不需要与服务端建立通信，而是与CA建立通信，CA将服务端的公钥保存起来，当你需要的时候再一同生成CA证书发给你，但是…我怎么确定CA是真的呢？？？

确定CA证书为真就需要数字签名，CA会将网站的各种信息包括网站的公钥整合成CA证书，并通过自己的私钥对证书的哈希值进行加密生成数字签名，数字签名也在这个CA证书中，CA证书部署在服务端的服务器中，好的，那么我们客户端在拿到这个CA证书时就可以通过公钥来解密，并与证书的哈希值对比，相同的话，就是原网站，不同就是被劫持。但是这个CA的公钥，它在CA的服务器上啊，我怎么确定这个CA不是中间人伪造的，这很有可能啊，这就需要再给这个CA机构的网站加一个证书…麻了，没完了。

最终极的解决方案是证书链，或者可以认为是一个树，他有个根，服务端的证书由中间CA机构发，中间CA机构的证书由根CA发，根CA已经无法验证了，那么就直接内置在用户的设备中，操作系统和浏览器都预置了全球可信根CA的证书（含公钥）。

总结来讲：

HTTPS通过 数字证书链 和 预置信任锚 解决这个问题：

  1. 证书签发流程
    • 网站向CA提交信息（域名、公钥等）。
    • CA验证网站身份后，用自己的私钥对网站信息（含公钥）签名，生成数字证书。
    • 网站将证书部署到服务器。
  2. 客户端验证流程
    • 客户端收到证书后，用CA的公钥验证签名，确认证书未被篡改。
    • 进一步验证证书中的域名是否匹配、有效期是否合法。
  3. 信任锚：预置根证书
    • 操作系统和浏览器预置了全球可信根CA的证书（含公钥）。
    • 这些根证书是信任链的起点（如微软、苹果、Mozilla维护的根证书列表）。
    • 若中间人伪造CA证书，由于客户端未预置其根证书，验证会失败。

五、Https的核心优势

数据加密传输

  • 采用 TLS/SSL 协议对通信内容进行端到端加密
  • 有效防止中间人攻击（MITM）、流量劫持等安全威胁
  • 保护用户敏感信息（如密码、支付信息、个人隐私数据）

身份真实性验证

  • 通过 CA 颁发的数字证书验证网站真实身份
  • 防止钓鱼网站和域名仿冒（如将 taobao.com 仿冒为 taoba0.com）
  • 浏览器会明确展示网站认证信息（地址栏锁形图标）

数据完整性保护

  • 使用消息认证码（MAC）确保传输内容不被篡改

  • 防止运营商劫持插入广告等行为

  • 有效防止中间人攻击（MITM）、流量劫持等安全威胁

  • 保护用户敏感信息（如密码、支付信息、个人隐私数据）

网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到

热门文章

最新发布