HTTPS虐我千百遍，我却待她如初恋！

图片来自 Pexels

HTTPS 是使用 RSA 进行身份验证和交换密钥，然后再使用交换的密钥进行加解密数据。

身份验证是使用 RSA 的非对称加密，而数据传输是双方使用相同的密钥进行的对称加密。那么，什么是对称加密和非对称加密？

假设隔壁小王想要约小红出来，但是他不想让小明知道，于是他想用对称加密给小红传了个小纸条。

他想发送的数据是"Meet at 5:00 PM"（5 点见面，如果是中文的话可以使用 UTF-8 编码），加密方式是直接在 ASCII 表进行左移或右移。

他的密钥是 3，表示在 ASCII 表往后移 3 位，就会变成"Phhw#dw#8=33#SP"，这样一般人如果截获了不知道是什么意思的。

但是我们可以想一下，如果既然他可以截获你的数据，自然也可以截获你的密钥，进而进行解密。

所以小王打算用非对称加密，非对称加密的特点是双方都有自己的公钥和私钥对，其中公钥发给对方，密钥不交换自己保管不泄漏。

public_key = (N, e) = (3233, 17)

她把公钥发给了小明，她自己的私钥为：

private_key = (N, e) = (3233, 2753)

他要发送的第一个字母为 t=“M”，“M”的 ASCII 编码为 77，77 的加密过程如下计算：

T = 77 ^ e  % N = 77 ^ 17 % 3233 = 3123

小红收到 T 之后便用她的私钥进行解密，计算如下：

t = T ^ e % N = 3123 ^ 2753 % 3233 = 77

• 验证服务方身份，如我访问 google.com 的时候连的确实就是谷歌服务器

• 防止数据被劫持，例如有些运营商会给 http 的页面插入广告

• 防止敏感数据被窃取篡改等

正如 openssl 的注释所说，这是防止中间人攻击的唯一方法：

如下图所示：

在 Client Hello 里面客户端会告知服务端自己当前的一些信息，如下图所示：

服务端在 Server Hello 里面会做一些响应：

• 密钥交换使用 ECDHE

• 证书签名算法 RSA

• 数据加密使用 AES 128 GCM

• 签名校验使用 SHA256

接着服务给客户端发来了 4 个证书：

一个证书里面会有什么东西呢，我们可以展开第一个证书看一下，如下图所示：

• tbsCertificate（to be signed certificate）待签名证书内容

• 证书签名算法

• CA 给的签名

我们先来看一下 tbsCertificate 里面有什么内容，如下图所示：

Amazon 的证书也具备上述结构，我们可以把 Amazon 证书的公钥拷出来，如下图所示：

然后我们用这个 CA 的公钥对 mozilla.org 的证书签名进行解密，方法和上面的类似：

接下来我们手动计算一下 tbsCertificate 的 SHA256 哈希值，方法是在 wireshark 里面把 tbsCertificate 导出一个原始二进制文件：

然后再使用 openssl 计算它的哈希值，如下所示：

liyinchengs-MBP:https liyincheng$ openssl dgst -sha256 ~/tbsCertificate.binSHA256(/Users/liyincheng/tbsCertificate.bin)= 5e300091593a10b944051512d39114d56909dc9a504e55cfa2e2984a883a827d

并且第四个证书是根证书，它是内置于操作系统的（通过 Mac 的 keychain 工具可以查看）：

例如通过打电话或者发邮件等方式告知服务器的签名，与自己算的证书的签名是否一致，如果一致说明证书没有被篡改过（如证书的公钥没有被改为 Hacker 的公钥）：

而使用 ECDHE 是一种更安全的密钥交换算法。如下图所示，双方通过 ECDHE 进行密钥交换：

这个算法的思想如下图所示：

现在的证书的签名算法有两种：RSA 和新起的 EC。如下图所示，google.com 便是使用的 ECC 证书：

如下图所示，有一条椭圆曲线方程：

y ^ 3 = x ^ 2 + ax + b:

为了计算 3G 的坐标，如下图所示：

EC 的难点在于给定起点 G 和点 K：

K = kG

把这两个点便是加密后的数据，发给对方，对方收到后使用私钥 K 进行解密，过程如下：

M = C2 - rK = C2 - rkG = C2 - rkG = C2 - kC1

原理很简单，如下图所示：

而曲线方程是规定好的，例如 Curve X25519 使用的曲线方程为：

y^2 = x^3 + 486662x^2 + x

在密钥交换里面会指定所使用的曲线方程，如下图所示：

EV 证书会在浏览器的地址栏显示证书的企业名称：

但是新版的 Chrome 似乎把这个去掉了，所以我们打开 medium 的控制台可以看到一个提示：

另外我们可以用 openssl 生成一个自签名证书，执行以下命令：

openssl req -x509 -nodes -sha256 -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout test.com.key -out test.com.crt

便会得到两个文件，test.com.crt 是证书，test.com.key 是证书的私钥，如下图所示：

然后把这两个文件给 Nginx 使用便能使用 HTTPS 访问，如下代码所示：

    server {
        listen       443;
        server_name  test.com;
        ssl on;
        ssl_certificate    test.com.crt;
        ssl_certificate_key    test.com.key;
     }

签名验证算法和上文讨论的 TLS 证书一致。为什么可执行文件需要签名呢，因为如果不签名的话，系统会拦截安装或者运行，如 Mac 双击一个未签名的 dmg 包的提示：

直接不让你运行了，而 Windows 也有类似的提示，Windows 是会给一个警告：

而当我们运行一个已签名的 exe 文件将会是正常的提示，如 Chrome 的提示：

作者：李银城

编辑：陶家龙、孙淑娟

来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/75461564

关注公众号：拾黑（shiheibook）了解更多

[广告]赞助链接：

四季很好，只要有你，文娱排行榜：https://www.yaopaiming.com/
让资讯触达的更精准有趣：https://www.0xu.cn/