https的那点事

1  序言

今天来聊一聊https 安全传输的原理。

在开始之前，我们来虚构两个人物， 一个是位于中国的张大胖（怎么又是你？！）， 还有一个是位于米国的Bill (怎么还是你？！)。

这俩哥们隔着千山万水，通过网络联系上了， 两个人臭味相投，聊得火热。

此时正值米国大选， 张大胖亲切地“致电”Bill, 对米国总统大选的情况表示强烈地关注。 Bill则回电说谢谢关心米国人的事情我们米国人自己做主，不用你们歪果仁瞎操心......

张大胖继续“致电”说其实我们支持特朗普， 因为希拉里太情绪化，太难打交道了， 我们挺希望看到特朗普上台这样米国就会变成 The Divided State of America ......

Bill 回电： 拉倒你吧你， 我们米国的政体有着强大的纠错性， 虽然有时候发展得慢， 有时候会走上岔路， 但很快就会回到正途，几百年来稳定得很，不像你们像坐了过山车一样.....

两个人越聊越投机，天南地北，海阔天空，还夹杂着不少隐私的话题。

2 总是有一种被偷看的感觉

有一天， Bill 突然意识到： 坏了， 我们的通信是明文的， 这简直就是网络上裸奔啊， 任何一个不怀好意的家伙都可以监听我们通信，打开我们发送的数据包，窥探我们的隐私啊。

张大胖说： “你不早点说，我刚才是不是把我的微信号给你发过去了？ 我是不是告诉你我上周去哪儿旅游了?   估计已经被人截取了吧！”

Bill  提议： “要不我们做个数据的加密？ 每次传输之前， 你把消息用一个加密算法加密， 然后发到我这里以后我再解密， 这样别人就无法偷窥了，像这样： ”

张大胖冰雪聪明，一看就明白了， 这加密和解密算法是公开的，那个密钥是保密的， 只有两人才知道， 这样生成的加密消息（密文） 别人就无法得知了。 他说： “Bill 老兄，你生成一个密钥， 然后把密钥发给我， 咱们这就开启加密消息， 让那些偷窥狂人们哭去吧！”

（码农翻身注：这叫对称加密算法， 因为加密和解密用的是同一个密钥）

一炷香功夫过去了， Bill 还是没有回音， 张大胖忍不住地催促： “快发啊？！！！”

Bill 终于回复了： “ 我感觉有一双眼睛正在虎视眈眈地盯着我们的通话， 如果我把密钥发给你， 也被他截取了， 那加密岂不白费工夫？”

张大胖沉默了， 是啊， 网络是不安全的， 这密钥怎么安全地发过来啊 ？　

“奥，对了，我下周要去米国旅游，到时候我们见一面，把密码确定下来，写到纸上，谁也偷不走， 这不就结了？”　

“哈哈， 这倒是终极解决之道 ”  Bill 笑了， “不过，我不仅仅和你聊天， 我还要和易卜拉欣，阿卜杜拉， 弗拉基米尔，克里斯托夫，玛格丽特， 桥本龙太郎， 李贤俊， 许木木，郭芙蓉，吕秀才等人通信， 我总不能打着飞的，满世界的和人交换密码吧？ ”

张大胖心里暗自佩服Bill同学的好友竟然遍布全球，看来他对加密通信的要求更加强烈啊！

可是这个加密解密算法需要的密钥双方必须得知道啊， 但是密钥又无法通过网络发送， 这该死的偷窥者！

3  RSA : 非对称加密

Bill 和 张大胖的通信无法加密，说话谨慎了不少， 直到有一天， 他们听说了一个叫做RSA的非对称加密算法，一下子来了灵感。

这个RSA算法非常有意思，它不是像之前的算法， 双方必须协商一个保密的密钥， 而是有一对儿钥匙， 一个是保密的，称为私钥，另外一个是公开的，称为公钥。

更有意思的是，用私钥加密的数据，只有对应的公钥才能解密，用公钥加密的数据， 只有对应的私钥才能解密。

有了这两个漂亮的特性， 当张大胖给Bill发消息的时候， 就可以先用Bill的公钥去加密（反正Bill的公钥是公开的，地球人都知道）， 等到消息被Bill 收到后， 他就可以用自己的私钥去解密（只有Bill才能解开，私钥是保密的 ）

反过来也是如此， 当Bill 想给张大胖发消息的时候，就用张大胖的公钥加密， 张大胖收到后，就用自己的私钥解密。

这样以来，通信安全固若金汤， 没有任何人能窥探他们的小秘密了。

4 非对称加密+对称加密

两人实验了几次，  张大胖说： “Bill  , 你有没有感觉这个RSA的加密和解密有点慢啊？”

Bill叹了口气 ：“是啊， 我也注意到了， 刚才搜了一下，这个RSA算法比之前的对称密钥算法要慢上百倍。我们就是加个密而已，现在搞得都没法用了”

“回到咱们最初的问题，我们想用一个密钥来加密通信，那个对称加密算法是非常快的，但是苦于密钥无法安全传输， 现在有了RSA ,我想可以结合一下， 分两步走　(1) 我生成一个对称加密算法的密钥， 用RSA的方式安全发给你，  (2) 我们随后就不用RSA了， 只用这个密钥，利用对称加密算法来通信,  如何？   ”

Bill 说： “你小子可以啊， 这样以来既解决了密钥的传递问题， 又解决了RSA速度慢的问题，不错。”　

于是两人就安全地传递了对称加密的密钥， 用它来加密解密，果然快多了！

5 中间人攻击

张大胖把和Bill 聊天的情况给老婆汇报了一次。

老婆告诫他说： “你要小心啊， 你确定网络那边坐着的确实是Bill ?”

张大胖着急地辩解说：“肯定是他啊，我都有他的公钥，我们俩的通信都是加密的。”

老婆提醒道：＂假如啊，Bill给你发公钥的时候， 有个中间人，截取了Bill的公钥， 然后把自己的公钥发给了你，冒充Bill ，你发的消息就用中间人的公钥加了密，　那中间人不就可以解密看到消息了？＂

张大胖背后出汗了，是啊，这个中间人解密以后，还可以用Bill的公钥加密，发给Bill ,  Bill和我根本都意识不到， 还以为我们在安全传输呢！

看来问题出现在公钥的分发上！  虽然这个东西是公开的， 但是在别有用心的人看来，截取以后还可以干坏事 ！

6 你到底是谁？

但是怎么安全地分发公钥呢？ 似乎又回到了最初的问题： 怎么安全的保护密钥？

可是似乎和最初的问题还不一样，这一次的公钥不用保密，但是一定得有个办法声明这个公钥确实是Bill的， 而不是别人的。

怎么声明呢？

张大胖突然想到： 现实中有公证处，它提供的公证材料大家都信任，那在网络世界也可以建立一个这样的具备公信力的认证中心， 这个中心给大家颁发一个证书， 用于证明一个人的身份。

这个证书里除了包含一个人的基本信息之外，还有包括最关键的一环：这个人的公钥！

这样以来我拿到证书就可以安全地取到公钥了 ！ 完美！

可是Bill 马上泼了一盆冷水：证书怎么安全传输？ 要是证书传递的过程中被篡改了怎么办？

张大胖心里不由地咒骂起来： 我操， 这简直就是鸡生蛋，蛋生鸡的问题啊。

天无绝人之路， 张大胖很快就找到了突破口： 数字签名。

简单来讲是这样的， Bill可以把他的公钥和个人信息用一个Hash算法生成一个消息摘要， 这个Hash算法有个极好的特性，只要输入数据有一点点变化，那生成的消息摘要就会有巨变，这样就可以防止别人修改原始内容。

可是作为攻击者的中间人笑了： “虽然我没办法改公钥，但是我可以把整个原始信息都替换了， 生成一个新的消息摘要， 你不还是辨别不出来？”

张大胖说你别得意的太早 ， 我们会让有公信力的认证中心（简称CA）用它的私钥对消息摘要加密，形成签名：

这还不算， 还把原始信息和数据签名合并， 形成一个全新的东西，叫做“数字证书”

张大胖接着说：当Bill把他的证书发给我的时候， 我就用同样的Hash 算法， 再次生成消息摘要，然后用CA的公钥对数字签名解密， 得到CA创建的消息摘要， 两者一比，就知道有没有人篡改了！

如果没人篡改， 我就可以安全的拿到Bill的公钥喽，有了公钥， 后序的加密工作就可以开始了。

虽然很费劲， 但是为了防范你们这些偷窥者，实在是没办法啊。

中间人恶狠狠地说： “算你小子狠！ 等着吧，我还有别的招。 对了，我且问你， 你这个CA的公钥怎么拿到？　难道不怕我在你传输ＣＡ公钥的时候发起中间人攻击吗？　如果我成功的伪装成了ＣＡ，你这一套体系彻底玩完。”

张大胖语塞了，折腾了半天，又回到了公钥安全传输的问题！

不过转念一想，想解决鸡生蛋，蛋生鸡的问题必须得打破这个怪圈才行，我必须得信任ＣＡ，并且通过安全的的方式获取他们的公钥，这样才能把游戏玩下去。

（注：这些ＣＡ本身也有证书来证明自己的身份，并且ＣＡ的信用是像树一样分级的，高层的ＣＡ给底层的ＣＡ做信用背书，而操作系统／浏览器中会内置一些顶层的ＣＡ的证书，相当于你自动信任了他们。　这些顶层的ＣＡ证书一定得安全地放入操作系统／浏览器当中，否则世界大乱。）

7  https 

终于可以介绍https了，前面已经介绍了https的原理， 你把张大胖替换成浏览器， 把Bill 替换成某个网站就行了。

一个简化的（例如下图没有包含Pre-Master Secret）https流程图是这样的， 如果你理解了前面的原理，这张图就变得非常简单：