Https详细分析

目录介绍

• 01.为什么会有Https
• 02.解决方案分析
• 03.SSL是什么
• 04.RSA验证的隐患
• 05.CA证书身份验证
• 06.Https工做原理
• 07.Https代理做用
• 08.Https真安全吗
• 09.Https性能优化

01.为什么会有Https

• Http的缺点

  • 通讯使用明文；

    • 通讯使用明文意味着安全性大大下降，当通讯过程被窃听后，无需花费额外的投入就可看到传输的数据。
    • 例如使用抓包工具，无需任何配置就可查看任何使用HTTP协议的通讯数据；

  • 不验证通讯方身份

    • 不验证通讯方的身份，将致使通讯过程被窃听后，可能会遭遇假装，例如使用抓包工具抓取数据后，就可按照数据包的格式构造HTTP请求；任何人都坑你发送请求，无论对方是谁都返回相应。

  • 没法验证报文的完整性

    • 不验证报文的完整性，数据在传输过程当中就可能被篡改，原本想看杨充呢，结果数据在传输过程当中被换成了逗比。
    • 遭到篡改，即没有办法确认发出的请求/相应先后一致。

• Http的缺点解决方案

  • 通讯使用明文

    • 既然明文不安全，那能够考虑使用密文，即：对通讯数据进行加密。即使数据被窃听，对方依然须要花费必定的投入来破解，这种高昂的成本间接提升安全级别。

  • 不验证通讯方身份

    • 和服务端使用相同的算法，根据网络请求参数生成一个token，请求/应答时根据token来肯定双方的身份。

  • 没法验证报文的完整性

    • 使用MD5/SHA1等算法进行完整性验证，对方接收到数据后，根据一样的算法生成散列值，比对发送方生成的散列值，便可验证数据的完整性。

• 你知道Http存在哪些风险吗？

  • 窃听风险：Http采用明文传输数据，第三方能够获知通讯内容
  • 篡改风险：第三方能够修改通讯内容
  • 冒充风险：第三方能够冒充他人身份进行通讯

• 如何解决这些风险

  • SSL/TLS协议就是为了解决这些风险而设计，但愿达到：全部信息加密传输，三方窃听通讯内容；具备校验机制，内容一旦被篡改，通讯双发马上会发现；配备身份证书，防止身份被冒充

• SSL原理及运行过程

  • SSL/TLS协议基本思路是采用公钥加密法（最有名的是RSA加密算法）。大概流程是，客户端向服务器索要公钥，而后用公钥加密信息，服务器收到密文，用本身的私钥解密。
  • 为了防止公钥被篡改，把公钥放在数字证书中，证书可信则公钥可信。公钥加密计算量很大，为了提升效率，服务端和客户端都生成对话秘钥，用它加密信息，而对话秘钥是对称加密，速度很是快。而公钥用来机密对话秘钥。

02.解决方案分析

• Https加密方式

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• Https=Http+Ssl

  • Https保证了咱们数据传输的安全，Https=Http+Ssl
  • 之因此能保证安全主要的原理就是利用了非对称加密算法，日常用的对称加密算法之因此不安全，是由于双方是用统一的密匙进行加密解密的，只要双方任意一方泄漏了密匙，那么其余人就能够利用密匙解密数据。
  • 非对称加密算法之因此能实现安全传输的核心精华就是：公钥加密的信息只能用私钥解开，私钥加密的信息只能被公钥解开。

• 非对称加密算法为何安全

  • 服务端申请CA机构颁发的证书，则获取到了证书的公钥和私钥，私钥只有服务器端本身知道，而公钥能够告知其余人，如能够把公钥传给客户端，这样客户端经过服务端传来的公钥来加密本身传输的数据，而服务端利用私钥就能够解密这个数据了。因为客户端这个用公钥加密的数据只有私钥能解密，而这个私钥只有服务端有，因此数据传输就安全了。
  • 上面只是简单说了一下非对称加密算法是如何保证数据安全的，实际上Https的工做过程远比这要复杂。

03.SSL是什么

• 什么是SSL证书

  • Https协议中须要使用到SSL证书。SSL证书是一个二进制文件，里面包含通过认证的网站公钥和一些元数据，须要从经销商购买。

  • 证书有不少类型，按认证级别分类：

    • 域名认证（DV=Domain Validation）：最低级别的认证，能够确认申请人拥有这个域名
    • 公司认证（OV=Organization Validation）：确认域名全部人是哪家公司，证书里面包含公司的信息
    • 扩展认证（EV=Extended Validation）：最高级别认证，浏览器地址栏会显示公司名称。

  • 按覆盖范围分类：

    • 单域名证书：只能用于单域名，foo.com证书不能用不www.foo.com
    • 通配符证书：可用于某个域名及全部一级子域名，好比*.foo.com的证书可用于foo.com，也可用于www.foo.com
    • 多域名证书：可用于多个域名，好比foo.com和bar.com

• TLS/SSL的原理是什么？

  • SSL(Secure Sokcet Layer，安全套接字层)
  • TLS(Transport Layer Security,传输层安全协议)
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04.RSA验证的隐患

• SSL/TLS协议基本思路是采用公钥加密法（最有名的是RSA加密算法）,虽说是采用非对称加密，但仍是有风险隐患。

• 身份验证和密钥协商是TLS的基础功能，要求的前提是合法的服务器掌握着对应的私钥。但RSA算法没法确保服务器身份的合法性，由于公钥并不包含服务器的信息，存在安全隐患:

  • 客户端C和服务器S进行通讯，中间节点M截获了两者的通讯;
  • 节点M本身计算产生一对公钥pub_M和私钥pri_M;
  • C向S请求公钥时，M把本身的公钥pub_M发给了C;
  • C使用公钥 pub_M加密的数据可以被M解密，由于M掌握对应的私钥pri_M，而 C没法根据公钥信息判断服务器的身份，从而 C和 * M之间创建了"可信"加密链接;
  • 中间节点 M和服务器S之间再创建合法的链接，所以 C和 S之间通讯被M彻底掌握，M能够进行信息的窃听、篡改等操做。
  • 另外，服务器也能够对本身的发出的信息进行否定，不认可相关信息是本身发出。

• 所以该方案下至少存在两类问题：

  • 中间人攻击和信息抵赖
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05.CA证书身份验证

• CA 的初始是为了解决上面非对称加密被劫持的状况，服务器申请CA证书时将服务器的“公钥”提供给CA，CA使用本身的“私钥”将“服务器的公钥”加密后（即：CA证书）返回给服务器，服务器再将“CA证书”提供给客户端。通常系统或者浏览器会内置 CA 的根证书（公钥），HTTPS 中 CA 证书的获取流程以下所示：

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  • 注意：上图步骤 2 以后，客户端获取到“CA 证书”会进行本地验证，即便用本地系统或者浏览器中的公钥进行解密，每一个“CA 证书”都会有一个证书编号可用于解密后进行比对（具体验证算法请查阅相关资料）。步骤 5 以前使用的是对称加密，以后将使用对称加密来提升通信效率。

• CA证书流程原理

  • 基本的原理为，CA负责审核信息，而后对关键信息利用私钥进行"签名"，公开对应的公钥，客户端能够利用公钥验证签名。
  • CA也能够吊销已经签发的证书，基本的方式包括两类 CRL 文件和 OCSP。CA使用具体的流程以下：
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• 在这个过程注意几点：

  • a.申请证书不须要提供私钥，确保私钥永远只能服务器掌握;
  • b.证书的合法性仍然依赖于非对称加密算法，证书主要是增长了服务器信息以及签名;
  • c.内置 CA 对应的证书称为根证书，颁发者和使用者相同，本身为本身签名，即自签名证书（为何说"部署自签SSL证书很是不安全"）
  • d.证书=公钥+申请者与颁发者信息+签名;

• CA证书链

  • 如 CA根证书和服务器证书中间增长一级证书机构，即中间证书，证书的产生和验证原理不变，只是增长一层验证，只要最后可以被任何信任的CA根证书验证合法便可。
  • a.服务器证书 server.pem 的签发者为中间证书机构 inter，inter 根据证书 inter.pem 验证 server.pem 确实为本身签发的有效证书;
  • b.中间证书 inter.pem 的签发 CA 为 root，root 根据证书 root.pem 验证 inter.pem 为本身签发的合法证书;
  • c.客户端内置信任 CA 的 root.pem 证书，所以服务器证书 server.pem 的被信任。
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06.Https工做原理

• HTTPS工做原理

  • 1、首先HTTP请求服务端生成证书，客户端对证书的有效期、合法性、域名是否与请求的域名一致、证书的公钥（RSA加密）等进行校验；
  • 2、客户端若是校验经过后，就根据证书的公钥的有效， 生成随机数，随机数使用公钥进行加密（RSA加密）；
  • 3、消息体产生的后，对它的摘要进行MD5（或者SHA1）算法加密，此时就获得了RSA签名；
  • 4、发送给服务端，此时只有服务端（RSA私钥）能解密。
  • 5、解密获得的随机数，再用AES加密，做为密钥（此时的密钥只有客户端和服务端知道）。
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• 详细一点的原理流程

  • 客户端发起HTTPS请求

    • 这个没什么好说的，就是用户在浏览器里输入一个https网址，而后链接到server的443端口。

  • 服务端的配置

    • 采用HTTPS协议的服务器必需要有一套数字证书，能够本身制做，也能够向组织申请。区别就是本身颁发的证书须要客户端验证经过，才能够继续访问，而使用受信任的公司申请的证书则不会弹出提示页面(startssl就是个不错的选择，有1年的免费服务)。这套证书其实就是一对公钥和私钥。若是对公钥和私钥不太理解，能够想象成一把钥匙和一个锁头，只是全世界只有你一我的有这把钥匙，你能够把锁头给别人，别人能够用这个锁把重要的东西锁起来，而后发给你，由于只有你一我的有这把钥匙，因此只有你才能看到被这把锁锁起来的东西。

  • 传送证书

    • 这个证书其实就是公钥，只是包含了不少信息，如证书的颁发机构，过时时间等等。

  • 客户端解析证书

    • 这部分工做是有客户端的TLS来完成的，首先会验证公钥是否有效，好比颁发机构，过时时间等等，若是发现异常，则会弹出一个警告框，提示证书存在问题。若是证书没有问题，那么就生成一个随机值。而后用证书对该随机值进行加密。就好像上面说的，把随机值用锁头锁起来，这样除非有钥匙，否则看不到被锁住的内容。

  • 传送加密信息

    • 这部分传送的是用证书加密后的随机值，目的就是让服务端获得这个随机值，之后客户端和服务端的通讯就能够经过这个随机值来进行加密解密了。

  • 服务端解密信息

    • 服务端用私钥解密后，获得了客户端传过来的随机值(私钥)，而后把内容经过该值进行对称加密。所谓对称加密就是，将信息和私钥经过某种算法混合在一块儿，这样除非知道私钥，否则没法获取内容，而正好客户端和服务端都知道这个私钥，因此只要加密算法够彪悍，私钥够复杂，数据就够安全。

  • 传输加密后的信息

    • 这部分信息是服务端用私钥加密后的信息，能够在客户端被还原。

  • 客户端解密信息

    • 客户端用以前生成的私钥解密服务端传过来的信息，因而获取了解密后的内容。整个过程第三方即便监听到了数据，也一筹莫展。

07.Https代理做用

• HTTPS代理的做用是什么？

  • 代理做用：提升访问速度、Proxy能够起到防火墙的做用、经过代理服务器访问一些不能直接访问的网站、安全性获得提升
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08.Https真安全吗

• charles抓包原理图

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• 大概步骤流程

  • 第一步，客户端向服务器发起HTTPS请求，charles截获客户端发送给服务器的HTTPS请求，charles假装成客户端向服务器发送请求进行握手 。
  • 第二步，服务器发回相应，charles获取到服务器的CA证书，用根证书（这里的根证书是CA认证中心给本身颁发的证书）公钥进行解密，验证服务器数据签名，获取到服务器CA证书公钥。而后charles伪造本身的CA证书（这里的CA证书，也是根证书，只不过是charles伪造的根证书），冒充服务器证书传递给客户端浏览器。
  • 第三步，与普经过程中客户端的操做相同，客户端根据返回的数据进行证书校验、生成密码Pre_master、用charles伪造的证书公钥加密，并生成HTTPS通讯用的对称密钥enc_key。
  • 第四步，客户端将重要信息传递给服务器，又被charles截获。charles将截获的密文用本身伪造证书的私钥解开，得到并计算获得HTTPS通讯用的对称密钥enc_key。charles将对称密钥用服务器证书公钥加密传递给服务器。
  • 第五步，与普经过程中服务器端的操做相同，服务器用私钥解开后创建信任，而后再发送加密的握手消息给客户端。
  • 第六步，charles截获服务器发送的密文，用对称密钥解开，再用本身伪造证书的私钥加密传给客户端。
  • 第七步，客户端拿到加密信息后，用公钥解开，验证HASH。握手过程正式完成，客户端与服务器端就这样创建了”信任“。
  • 在以后的正常加密通讯过程当中，charles如何在服务器与客户端之间充当第三者呢？
  • 服务器—>客户端：charles接收到服务器发送的密文，用对称密钥解开，得到服务器发送的明文。再次加密， 发送给客户端。
  • 客户端—>服务端：客户端用对称密钥加密，被charles截获后，解密得到明文。再次加密，发送给服务器端。因为charles一直拥有通讯用对称密钥enc_key，因此在整个HTTPS通讯过程当中信息对其透明。

• 总结一下

  • HTTPS抓包的原理仍是挺简单的，简单来讲，就是Charles做为“中间人代理”，拿到了服务器证书公钥和HTTPS链接的对称密钥，前提是客户端选择信任并安装Charles的CA证书，不然客户端就会“报警”并停止链接。这样看来，HTTPS仍是很安全的。

• 相对安全

  • 从抓包的原理能够看出，对Https进行抓包，须要PC端和手机端同时安装证书。
  • 既然这么容易被抓包，那Https会不会显得很鸡肋？其实并不会，能抓包，那是由于你信任抓包工具，手机上安装了与之对应的证书，你要不安装证书，你抓一个试试。并且安全这个课题，是在攻防中求发展，没有最安全，只有更安全，因此将攻击的成本提升了，就间接达到了安全的目标。

09.Https性能优化

• HTTPS性能损耗

  • 增长延时

    • 分析前面的握手过程，一次完整的握手至少须要两端依次来回两次通讯，至少增长延时2 RTT，利用会话缓存从而复用链接，延时也至少1 RTT*

  • 消耗较多的CPU资源

    • 除数据传输以外，HTTPS通讯主要包括对对称加解密、非对称加解密(服务器主要采用私钥解密数据);压测 TS8 机型的单核 CPU：对称加密算法AES-CBC-256 吞吐量 600Mbps，非对称 RSA 私钥解密200次/s。不考虑其它软件层面的开销，10G 网卡为对称加密须要消耗 CPU 约17核，24核CPU最多接入 HTTPS 链接 4800;静态节点当前10G 网卡的 TS8 机型的 HTTP 单机接入能力约为10w/s，若是将全部的HTTP链接变为HTTPS链接，则明显RSA的解密最早成为瓶颈。所以，RSA的解密能力是当前困扰HTTPS接入的主要难题。

• HTTPS接入优化

  • CDN接入

    • HTTPS 增长的延时主要是传输延时 RTT，RTT 的特色是节点越近延时越小，CDN 自然离用户最近，所以选择使用 CDN 做为 HTTPS 接入的入口，将可以极大减小接入延时。
    • CDN 节点经过和业务服务器维持长链接、会话复用和链路质量优化等可控方法，极大减小 HTTPS 带来的延时。

  • 会话缓存

    • 虽然前文提到 HTTPS 即便采用会话缓存也要至少1*RTT的延时，可是至少延时已经减小为原来的一半，明显的延时优化;同时，基于会话缓存创建的 HTTPS 链接不须要服务器使用RSA私钥解密获取 Pre-master 信息，能够省去CPU 的消耗。若是业务访问链接集中，缓存命中率高，则HTTPS的接入能力讲明显提高。当前TRP平台的缓存命中率高峰时期大于30%，10k/s的接入资源实际能够承载13k/的接入，收效很是可观。

  • 硬件加速

    • 为接入服务器安装专用的SSL硬件加速卡，做用相似 GPU，释放 CPU，可以具备更高的 HTTPS 接入能力且不影响业务程序的。测试某硬件加速卡单卡能够提供35k的解密能力，至关于175核 CPU，至少至关于7台24核的服务器，考虑到接入服务器其它程序的开销，一张硬件卡能够实现接近10台服务器的接入能力。

  • 远程解密

    • 本地接入消耗过多的 CPU 资源，浪费了网卡和硬盘等资源，考虑将最消耗 CPU 资源的RSA解密计算任务转移到其它服务器，如此则能够充分发挥服务器的接入能力，充分利用带宽与网卡资源。远程解密服务器能够选择 CPU 负载较低的机器充当，实现机器资源复用，也能够是专门优化的高计算性能的服务器。当前也是 CDN 用于大规模HTTPS接入的解决方案之一。

  • SPDY/HTTP2

    • 前面的方法分别从减小传输延时和单机负载的方法提升 HTTPS 接入性能，可是方法都基于不改变 HTTP 协议的基础上提出的优化方法，SPDY/HTTP2 利用 TLS/SSL 带来的优点，经过修改协议的方法来提高 HTTPS 的性能，提升下载速度等。

技术博客汇总：https://github.com/yangchong2...