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23 | HTTPS是什么？SSL/TLS又是什么？

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23 | HTTPS是什么？SSL/TLS又是什么？

2019-07-19 Chrono 来自北京
《透视HTTP协议》
课程介绍

讲述：Chrono

时长11:58大小10.95M

从今天开始，我们开始进入全新的“安全篇”，聊聊与安全相关的 HTTPS、SSL、TLS。
在第 14 讲中，我曾经谈到过 HTTP 的一些缺点，其中的“无状态”在加入 Cookie 后得到了解决，而另两个缺点——“明文”和“不安全”仅凭 HTTP 自身是无力解决的，需要引入新的 HTTPS 协议。

为什么要有 HTTPS？

简单的回答是“因为 HTTP 不安全”。
由于 HTTP 天生“明文”的特点，整个传输过程完全透明，任何人都能够在链路中截获、修改或者伪造请求 / 响应报文，数据不具有可信性。
比如，前几讲中说过的“代理服务”。它作为 HTTP 通信的中间人，在数据上下行的时候可以添加或删除部分头字段，也可以使用黑白名单过滤 body 里的关键字，甚至直接发送虚假的请求、响应，而浏览器和源服务器都没有办法判断报文的真伪。
这对于网络购物、网上银行、证券交易等需要高度信任的应用场景来说是非常致命的。如果没有基本的安全保护，使用互联网进行各种电子商务、电子政务就根本无从谈起。
对于安全性要求不那么高的新闻、视频、搜索等网站来说，由于互联网上的恶意用户、恶意代理越来越多，也很容易遭到“流量劫持”的攻击，在页面里强行嵌入广告，或者分流用户，导致各种利益损失。
对于你我这样的普通网民来说，HTTP 不安全的隐患就更大了，上网的记录会被轻易截获，网站是否真实也无法验证，黑客可以伪装成银行网站，盗取真实姓名、密码、银行卡等敏感信息，威胁人身安全和财产安全。
总的来说，今天的互联网已经不再是早期的“田园牧歌”时代，而是进入了“黑暗森林”状态。上网的时候必须步步为营、处处小心，否则就会被不知道埋伏在哪里的黑客所“猎杀”。

什么是安全？

既然 HTTP“不安全”，那什么样的通信过程才是安全的呢？
通常认为，如果通信过程具备了四个特性，就可以认为是“安全”的，这四个特性是：机密性、完整性，身份认证和不可否认。
机密性（Secrecy/Confidentiality）是指对数据的“保密”，只能由可信的人访问，对其他人是不可见的“秘密”，简单来说就是不能让不相关的人看到不该看的东西。
比如小明和小红私下聊天，但“隔墙有耳”，被小强在旁边的房间里全偷听到了，这就是没有机密性。我们之前一直用的 Wireshark ，实际上也是利用了 HTTP 的这个特点，捕获了传输过程中的所有数据。
完整性（Integrity，也叫一致性）是指数据在传输过程中没有被篡改，不多也不少，“完完整整”地保持着原状。
机密性虽然可以让数据成为“秘密”，但不能防止黑客对数据的修改，黑客可以替换数据，调整数据的顺序，或者增加、删除部分数据，破坏通信过程。
比如，小明给小红写了张纸条：“明天公园见”。小强把“公园”划掉，模仿小明的笔迹把这句话改成了“明天广场见”。小红收到后无法验证完整性，信以为真，第二天的约会就告吹了。
身份认证（Authentication）是指确认对方的真实身份，也就是“证明你真的是你”，保证消息只能发送给可信的人。
如果通信时另一方是假冒的网站，那么数据再保密也没有用，黑客完全可以使用冒充的身份“套”出各种信息，加密和没加密一样。
比如，小明给小红写了封情书：“我喜欢你”，但不留心发给了小强。小强将错就错，假冒小红回复了一个“白日做梦”，小明不知道这其实是小强的话，误以为是小红的，后果可想而知。
第四个特性是不可否认（Non-repudiation/Undeniable），也叫不可抵赖，意思是不能否认已经发生过的行为，不能“说话不算数”“耍赖皮”。
使用前三个特性，可以解决安全通信的大部分问题，但如果缺了不可否认，那通信的事务真实性就得不到保证，有可能出现“老赖”。
比如，小明借了小红一千元，没写借条，第二天矢口否认，小红也确实拿不出借钱的证据，只能认倒霉。另一种情况是小明借钱后还了小红，但没写收条，小红于是不承认小明还钱的事，说根本没还，要小明再掏出一千元。
所以，只有同时具备了机密性、完整性、身份认证、不可否认这四个特性，通信双方的利益才能有保障，才能算得上是真正的安全。

什么是 HTTPS？

说到这里，终于轮到今天的主角 HTTPS 出场了，它为 HTTP 增加了刚才所说的四大安全特性。
HTTPS 其实是一个“非常简单”的协议，RFC 文档很小，只有短短的 7 页，里面规定了新的协议名“https”，默认端口号 443，至于其他的什么请求 - 应答模式、报文结构、请求方法、URI、头字段、连接管理等等都完全沿用 HTTP，没有任何新的东西。
也就是说，除了协议名“http”和端口号 80 这两点不同，HTTPS 协议在语法、语义上和 HTTP 完全一样，优缺点也“照单全收”（当然要除去“明文”和“不安全”）。
不信你可以用 URI“https://www.chrono.com”访问之前 08 至 21 讲的所有示例，看看它的响应报文是否与 HTTP 一样。
https://www.chrono.com
https://www.chrono.com/11-1
https://www.chrono.com/15-1?name=a.json
https://www.chrono.com/16-1
你肯定已经注意到了，在用 HTTPS 访问实验环境时 Chrome 会有不安全提示，必须点击“高级 - 继续前往”才能顺利显示页面。而且如果用 Wireshark 抓包，也会发现与 HTTP 不一样，不再是简单可见的明文，多了“Client Hello”“Server Hello”等新的数据包。
这就是 HTTPS 与 HTTP 最大的区别，它能够鉴别危险的网站，并且尽最大可能保证你的上网安全，防御黑客对信息的窃听、篡改或者“钓鱼”、伪造。
你可能要问了，既然没有新东西，HTTPS 凭什么就能做到机密性、完整性这些安全特性呢？
秘密就在于 HTTPS 名字里的“S”，它把 HTTP 下层的传输协议由 TCP/IP 换成了 SSL/TLS，由“HTTP over TCP/IP”变成了“HTTP over SSL/TLS”，让 HTTP 运行在了安全的 SSL/TLS 协议上（可参考第 4 讲和第 5 讲），收发报文不再使用 Socket API，而是调用专门的安全接口。
所以说，HTTPS 本身并没有什么“惊世骇俗”的本事，全是靠着后面的 SSL/TLS“撑腰”。只要学会了 SSL/TLS，HTTPS 自然就“手到擒来”。

SSL/TLS

现在我们就来看看 SSL/TLS，它到底是个什么来历。
SSL 即安全套接层（Secure Sockets Layer），在 OSI 模型中处于第 5 层（会话层），由网景公司于 1994 年发明，有 v2 和 v3 两个版本，而 v1 因为有严重的缺陷从未公开过。
SSL 发展到 v3 时已经证明了它自身是一个非常好的安全通信协议，于是互联网工程组 IETF 在 1999 年把它改名为 TLS（传输层安全，Transport Layer Security），正式标准化，版本号从 1.0 重新算起，所以 TLS1.0 实际上就是 SSLv3.1。
到今天 TLS 已经发展出了三个版本，分别是 2006 年的 1.1、2008 年的 1.2 和去年（2018）的 1.3，每个新版本都紧跟密码学的发展和互联网的现状，持续强化安全和性能，已经成为了信息安全领域中的权威标准。
目前应用的最广泛的 TLS 是 1.2，而之前的协议（TLS1.1/1.0、SSLv3/v2）都已经被认为是不安全的，各大浏览器即将在 2020 年左右停止支持，所以接下来的讲解都针对的是 TLS1.2。
TLS 由记录协议、握手协议、警告协议、变更密码规范协议、扩展协议等几个子协议组成，综合使用了对称加密、非对称加密、身份认证等许多密码学前沿技术。
浏览器和服务器在使用 TLS 建立连接时需要选择一组恰当的加密算法来实现安全通信，这些算法的组合被称为“密码套件”（cipher suite，也叫加密套件）。
你可以访问实验环境的 URI“/23-1”，对 TLS 和密码套件有个感性的认识。
你可以看到，实验环境使用的 TLS 是 1.2，客户端和服务器都支持非常多的密码套件，而最后协商选定的是“ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384”。
这么长的名字看着有点晕吧，不用怕，其实 TLS 的密码套件命名非常规范，格式很固定。基本的形式是“密钥交换算法 + 签名算法 + 对称加密算法 + 摘要算法”，比如刚才的密码套件的意思就是：
“握手时使用 ECDHE 算法进行密钥交换，用 RSA 签名和身份认证，握手后的通信使用 AES 对称算法，密钥长度 256 位，分组模式是 GCM，摘要算法 SHA384 用于消息认证和产生随机数。”

OpenSSL

说到 TLS，就不能不谈到 OpenSSL，它是一个著名的开源密码学程序库和工具包，几乎支持所有公开的加密算法和协议，已经成为了事实上的标准，许多应用软件都会使用它作为底层库来实现 TLS 功能，包括常用的 Web 服务器 Apache、Nginx 等。
OpenSSL 是从另一个开源库 SSLeay 发展出来的，曾经考虑命名为“OpenTLS”，但当时（1998 年）TLS 还未正式确立，而 SSL 早已广为人知，所以最终使用了“OpenSSL”的名字。
OpenSSL 目前有三个主要的分支，1.0.2 和 1.1.0 都将在今年（2019）年底不再维护，最新的长期支持版本是 1.1.1，我们的实验环境使用的 OpenSSL 是“1.1.0j”。
由于 OpenSSL 是开源的，所以它还有一些代码分支，比如 Google 的 BoringSSL、OpenBSD 的 LibreSSL，这些分支在 OpenSSL 的基础上删除了一些老旧代码，也增加了一些新特性，虽然背后有“大金主”，但离取代 OpenSSL 还差得很远。

小结

因为 HTTP 是明文传输，所以不安全，容易被黑客窃听或篡改；
通信安全必须同时具备机密性、完整性、身份认证和不可否认这四个特性；
HTTPS 的语法、语义仍然是 HTTP，但把下层的协议由 TCP/IP 换成了 SSL/TLS；
SSL/TLS 是信息安全领域中的权威标准，采用多种先进的加密技术保证通信安全；
OpenSSL 是著名的开源密码学工具包，是 SSL/TLS 的具体实现。

课下作业

你能说出 HTTPS 与 HTTP 有哪些区别吗？
你知道有哪些方法能够实现机密性、完整性等安全特性呢？
欢迎你把自己的学习体会写在留言区，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获，也欢迎把文章分享给你的朋友。
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精选留言(49)

  • djfhchdh
    2019-07-19
    机密性由对称加密AES保证，完整性由SHA384摘要算法保证，身份认证和不可否认由RSA非对称加密保证

    作者回复: √

    共 4 条评论
    112
  • -W.LI-
    2019-07-25
    老师好!有个问题，之前调用第三方的支付走https协议都需要本地配置一个证书。为啥最近有个项目也是用的https协议(url里会放token)。直接和http一样调用就好了，不需要本地配置证书了呢？

    作者回复: 本地证书是用来做双向认证的，服务器用客户端的证书来验证客户端的证书。 通常我们上网是单向认证，只验证服务器的身份，客户端（也就是用户）的身份不用证书验证。

    30
  • David Mao
    2019-07-20
    老师，请教一下，我们现在正在申请SSL证书，SSL证书有专门的机构颁发，文中老师提到HTTPS能够鉴别危险网站，防止黑客篡改，这些具体是怎么做到的呢？由专门机构颁发的原因是什么？谢谢老师。

    作者回复: 如果网站是http而不是https，那么浏览器就会认为网站不安全，有风险。 如果证书内容不完善，或者被列入了黑名单，那么浏览器也可以提示用户有危险。 这些的关键都是证书，用证书里的信息，来验证网站的有效性、真实性。 因为证书用来证明网站的身份，就像身份证、学位证一样，如果随便颁发，那么它的可靠性就得不到保证，所以必须要由指定信任的专门机构来颁发，由ca来“背书”，保证证书和它关联的网站是安全可靠的。

    共 2 条评论
    22
  • 彩色的沙漠
    2019-07-19
    1、HTTPS相对于HTTP具有机密性，完整性，身份认证和不可否认的特性,HTTPS是HTTP over SSL/TLS,HTTP> HTTP over TCP/IP 2、实现机密性可以采用加密手段，接口签名实现完整性，数字签名用于身份认证

    作者回复: √

    11
  • Danpier
    2020-01-12
    有个疑问，维基百科 OSI 模型图表把 SSL\TLS 归到第6层（表示层），文中说 SSL 属于第5层（会话层），这里是不是写错了？ 附： https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model#Layer_6:_Presentation_Layer

    作者回复: 这个分层没有统一的定论，ssl/tls在tcp/ip里属于应用层，但不能准确对应到osi的某一层，因为它即有会话功能，又有加解密表示。 我们只要会用、理解就行，不要过于拘泥于学术。

    10
  • 纳兰容若
    2020-11-04
    老师您好 一直以来不太明白openssl的各版本，我看官网上还有2.0和3.0的，还有后面还有t、h、j字母跟在后面，这些大概有什么区别，正常使用不知道选择什么版本好，老师有什么建议么 感谢老师回复

    作者回复: OpenSSL的官网上对各个版本写的很清楚，最早它是由ssleay发展来的，所以就沿用了0.98的版本号，后来又有好几个系列，比如1.01、1.10等等，小版本号用字母表示。 目前OpenSSL准备跳过2.0，直接出3.0，我们用最新的1.11就好了，之前的版本都将不再维护。

    6
  • 而立斋
    2019-11-08
    1、https与http协议相比，最重要的是增加安全性，这种安全性的实现主要是依赖于两个协议底层依赖的协议是不同的，https在传输的应用层与传输层协议之间增加了ssl/tls,这就使得http在固有协议之上增加一层专用用于处理数据安全的工具。 2、机密性：数据使用非对称加密传输 完整性：数据用公钥加密，私钥解密，数据生成摘要算法，同步传输
    展开

    作者回复: 1.正确。 2.机密性主要用对称加密实现，非对称加密虽然也可以，但是效率太低，不实用。

    共 2 条评论
    6
  • 何用
    2019-07-22
    P-256 是 NIST（美国国家标准技术研究所）和 NSA（美国国家安全局）推荐使用的曲线。而密码学界不信任这两个机构，所以 P-256 是有可能被秘密破解但出于政治考虑而未公开？

    作者回复: 是的，可能有这个隐患，就跟des一样。

    6
  • 海绵薇薇
    2021-06-29
    老师好，我想问下，在HTTPS协议上传输的报文，是怎么被缓存的，因为传输的内容应该都是加密的，那么如何做到If-Match或者If-Modified-Since判断的呢？CDN可以解析加密过后的内容吗？

    作者回复: 1.https传输过程加密，但在两边是解密的，所以可以看到头字段，然后再走正常的判断处理流程。 2.如果cdn有证书和私钥，就可以解密数据，否则就只能做透明代理，在tcp层面转发。

    5
  • zhangdroid
    2021-04-11
    HTTPS：即HTTP over SSL/TLS，用来解决HTTP明文传输导致的不安全问题。流程大致为： 使用对称加密算法加解密报文，保证机密性；使用摘要算法保证数据完整性；使用证书CA来进行身份认证;而不可否认则由非对称加密算法来实现。由于非对称加密算法耗时比对称加密算法长，所以用非对称加密算法来加解密给报文加密的对称算法的秘钥：即使用公钥对对称加密算法秘钥进行加密，私钥用来相应地解密。
    展开

    作者回复: good。

    5
  • lesserror
    2019-12-11
    老师，以下问题，麻烦解答： 1. 这就是 HTTPS 与 HTTP 最大的区别，它能够鉴别危险的网站?这个仅仅从浏览器弹出不安全的提示来说的嘛？或者说怎么个鉴别法？ 2. 网站是否真实也无法验证。加了https的网站也有可能是钓鱼网站吧？也没法验证啊？

    作者回复: 1.如果网站的证书不可信（过期、失效、被废除、伪造），那么就可以说明网站是不安全的，而http不能对网站有任何的认证措施。 2.证书有dv、ov、ev三种，能从ca的层面证明网站的所有者。 3.当然，如果网站故意作恶，https也无法制止，它只能证明网站确实是如证书所声明的，不是假冒的。

    5
  • 蒋润
    2019-09-24
    老师你好 https能有效防止抓包然后篡改报文数据,防止xxs攻击吗

    作者回复: https传输的内容是加密的，所以抓包后看不到明文，是无法窜改数据的。 但xss属于内容攻击，报文本身是合法的，所以它不能防止。 https只能保证数据传输安全，但在链接的两端不能提供保护。

    共 2 条评论
    5
  • 懒人一枚
    2021-03-18
    觉得大佬还可以再深入一些，比如浏览器是如何验证证书的，证书对浏览器对作用是什么，这个证书和我们平时接口调用使用的证书有什么区别呢，为什么有的网站有证书，浏览器却不认

    作者回复: 这个问题跟浏览器实现有关，而与http协议就无关了，我个人对浏览器的工作原理不是很了解，只能说抱歉了。 其实对于http协议来说，浏览器就是一个普通的客户端，与wget、curl没有区别。而不认证书，那就是信任发生了问题，要么是过期失效，要么是上级证书有问题。 其他疑问可以看后面几讲，有不明白的随时问。

    4
  • mini💝
    2021-02-03
    请问老师 端口的作用是什么呢？为什么http和https的默认端口是不一样的

    作者回复: 这个属于tcp/ip层次的知识了，我简单说一下吧。 互联网上的机器都用ip地址来标记，但只有ip还不够，一台机器上会有很多不同的服务，为了区分，就要再加上端口，这样才能完整地标记一个网络服务。 比如有台主机的地址是10.1.1.1，它在端口22上开了ssh服务，21上开了ftp服务，80是http，443是https，这样客户端就可以用地址加上不同的端口去访问主机上的服务了。 http和https的默认端口都是国际标准化组织分配的，比如etcd就用了2379。

    共 2 条评论
    4
  • 钱
    2020-03-30
    1：你能说出 HTTPS 与 HTTP 有哪些区别吗？ 正如文中所言HTTPS比HTTP多了一个S，这个S代表安全，是基于SSL/TSL实现的，SSL/TSL是专门用于安全传输的，具体咋实现的比较复杂还没弄明白，主要就是各种加密算法的应用，后面继续看。 2：你知道有哪些方法能够实现机密性、完整性等安全特性呢？ 这个问题不知如何回答，不会，看答案如下。 机密性由对称加密AES保证 安全性由SHA384摘要算法保证 身份认证由RSA非对称加密算法保证 不可否认由RSA非对称加密算法保证 符合以上四点的才算是安全的通信方式，实现安全性看样子很不容易啊！ 这些加密算法，他的发明者是否比较容易破解呢？还是说加密之后即使是发明者也无能为力，那如果解密的东西丢啦咋弄？
    展开

    作者回复: 加密算法设计出来就是要任何人都无法破解的，否则就是有后门。 这个是密码学的基本原则，必须有密钥才能解密，至于如何保管就是另外的事情。

    4
  • 业余草
    2019-08-05
    老师，我的个人网站：https://www.xttblog.com 在mac上的谷歌浏览器最新版中控制台总是会报一个错误，而我已经是https了，这个问题，空扰了我很久

    作者回复: 什么错误，说出来看看。

    共 7 条评论
    4
  • cake
    2022-02-23
    “明文”和“不安全”仅凭 HTTP 自身是无力解决的，需要引入新的 HTTPS 协议 老师，请问下明文和不安全不是同一个东西么？为什么要分开说呢

    作者回复: 明文只是消息可见，而不安全的范围要更广一些，比如身份认证、防抵赖。

    3
  • 爱编程的运维
    2021-09-07
    像一般的web网站存储用户的密码，密码存在数据库表中都是加密后的，这个加密跟https中的加密有啥区别？

    作者回复: 我们通常所说的加密和密码学里的加密不是一个概念。 密码的正式名称应该叫password，存在数据库里实际上是做了摘要hash，比如md5、sha1，不是密码学里的用密钥算法加密。 而https里的加密是真正的密码学，里面有对称算法、非对称算法、摘要算法、证书等等，非常复杂。 可以再看后面的课程来加深理解。

    3
  • fomy
    2021-01-23
    如果每个人都可以生成一个证书，钓鱼网站也可以申请呀，不就没有什么安全性可言了吗？

    作者回复: 是的，但ca颁发证书有验证机制，钓鱼网站是无法伪装成官方网站的，因为它不拥有官方域名。

    共 2 条评论
    3
  • WL
    2019-07-19
    请问一下老师我这边用WireShark抓包，发现两个TLS请求和响应之间和两个HTTP请求和响应之间有很多个TCP的包，请问一下这些TCP的包是一个HTTP的响应没有发完后续一致在通过TCP包发HTTP响应的responseBody吗？

    作者回复: 应该在wireshark里看一下这些tcp包的端口、发送方向，应该不是https相关的包，可以过滤一下试试。 https必须在ssl/tls握手之后才能发送http报文。

    3