目录
http协议
https协议
安全
概念
什么是"加密"?
为什么要加密?
常见的加密方式
对称加密
非对称加密
数据摘要 && 数据指纹
数字签名
HTTPS 的工作过程探究
方案一:只使用对称加密
方案二:只使用非对称加密
方案三:双方都使用非对称加密
方案四:非对称加密 + 对称加密
中间人攻击 - 针对上面的场景
引入证书
CA认证
理解数据签名
方案五:非对称加密 + 对称加密 + 证书认证
常见问题
完整流程
总结
http协议
在http协议的学习中,让我们知道:
- http携带数据的时候,是明文的,所以一定程度上来说,是一个不够安全的协议。万一有不法分子,通过一定的手段,抓到了http对应的一些请求,那么这样带来的直接后果就是:该数据直接泄漏。
所以现在,主流的用户协议是https。
#问:那么http协议的不安全因数,其存在还具有什么意义?
因为在非用户场景下,比如:公司内部,http协议的不安全一定意味着,其不用做数据保护,也就是相对于https协议,http协议做更少的事情。在确保公司内网安全的情况下,相对于效率更好的http协议,当然是更受欢迎的。
https协议
https协议,也是⼀个应用层协议.,是在 TCP 和 HTTP 网络层之间加入了 SSL/TLS 安全协议,使得报文能够加密传输保护数据传输安全的协议。
而在之前的 GET 和 POST 方法,无论是哪一个:都是不够安全的,最多可以说POST方法是够私密的,因为其以 http 请求正文的形式进行参数传递,GET是通过 url 传递。
安全
那么需要对于一个数据保证其的安全性,那么就一定需要进行加密,加密也就会有解密。
#问:如何正确的理解安全?
安全 == 网络安全,没有100%的真正安全,只有实际理论上的安全:破解的成本远远大于破解的收益。
网络五层模型:
就是因为 http 协议属于应用层,所以我们才能够用套接字接口来自己简单的封装出一个 http 。然后让浏览器做一定的解释,使得我们可以看到通过我们的网络请求,以此能够将相关数据,显示到浏览器上。
而为了安全起见,实际上还可以在应用层再添加一个模块:TLS / SSL(Secure Socket Layer)
而:http协议 + TLS / SSL == https协议
于是通过在通讯双方主机上的应用层中添加 TLS / SSL ,使得数据在网路中一定是经过加密的,以此达到对数据的保护。
概念
什么是"加密"?
- 加密:就是把 明文 (要传输的信息)进行一系列变换, 生成 密文 。
- 解密:就是把 密文 再进行⼀系列变换, 还原成 明文 。
为什么要加密?
臭名昭著的 "运营商劫持"
- 未被劫持的效果:点击下载按钮,就会弹出天天动听的下载链接,并且正确的下载天天动听app。
-
已被劫持的效果:点击下载按钮,就会弹出 QQ 浏览器的下载链接,下载的不是天天动听app。
关于信息泄漏的攻击方式:99%中间人攻击。
"中间人":
- 我们的手机开热点给他人使用:
其实连接热点的人的数据报文,就必须经过我们的手机(我们的手机 ≈ 路由器),然后其所有的消息都会推到我们的手机,然后让我们的手机帮(代为)其推送。如果其使用的是http协议,这个时候如果我们装有一定的抓包数据的软件等,我们就可以将其信息进行获取。
- 路上免费的WIFI等……。
常见的加密方式
对称加密
- 采用单钥密码系统的加密方法,同⼀个密钥可以同时用作信息的加密和解密,这种加密方法称为对称加密,也称为单密钥加密,特征:加密和解密所用的密钥是相同的。
- 常见对称加密算法(了解):DES、3DES、AES、TDEA、Blowfish、RC2等。
- 特点:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高等。
非对称加密
- 需要两个密钥来进行加密和解密,这两个密钥是公开密钥(public key,简称公钥)和私有密钥 (private key,简称私钥)。
- 常见非对称加密算法(了解):RSA,DSA,ECDSA
- 特点:算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂,而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。
- 通过公钥对明文加密:变成密文。
- 通过私钥对密文解密:变成明文。
- 通过私钥对明文加密:变成密文。
- 通过公钥对密文解密:变成明文。
实际举例: 网上托管代码厂库gitee就有:采用代码提交方式中的 SSH。这个时候就需要在我们对应的账户下,设置对应的公钥:
公钥:本地通过一定的对应的工具形成,形成之后我们将对应的私钥保留,然后将对应的公钥放在这上面。
数据摘要 && 数据指纹
- 数字指纹(数据摘要),其基本原理是利用单向散列函数(Hash函数)对信息进行运算,生成⼀串固定长度的数字摘要,数字指纹并不是⼀种加密机制,但可以用来判断数据有没有被窜改。
- 摘要常见算法:有MD5、SHA1、SHA256、SHA512等,算法把无限的映射成有限,因此可能会有碰撞(两个不同的信息,算出的摘要相同,但是概率非常低)。
- 摘要特征:和加密算法的区别是,摘要严格意义不是加密,因为没有解密,只不过从摘要很难反推原信息,通常用来进行数据对比。
场景:
对于公司数据库中的私密信息也是保密的(就算的程序员打开数据库也看不懂)。
数字签名
- 摘要经过加密,就得到数字签名(后面细说)。
可以说:数据摘要不是加密,毕竟是加密就一定要有对应的解密。
HTTPS 的工作过程探究
方案一:只使用对称加密
如果通信双方都各自持有同⼀个密钥X,且没有别人知道,这两方的通信安全当然是可以被保证的(除非密钥被破解)。
#注:但是这个方法的问题还是有很多!
引入对称加密之后,即使数据被截获,由于黑客不知道密钥是啥,因此就无法进行解密,也就不知道请求的真实内容是啥了。
但事情没这么简单:
- 怎么保证客户端与服务器具有同样的一个密钥?
- 客户端有一个密钥怎么样服务器知道?传递?不就也泄漏了吗?
所以客户端如何让服务器知道密钥,是并不容易的。所以:这个方案也就不可取了!
- 采取设备出厂就内置密钥呢?
- 黑客也有可以买设备,也可以知道密钥(如果是相同那密钥就太容易扩散了,黑客就也能拿到了)。
- 服务器同⼀时刻其实是给很多客户端提供服务的,这么多客户端,每个人用的秘钥都必须是不同的。因此服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关联关系,这也是个很麻烦的事情!
所以:这个方案也就不可取了!
通过总结:因此密钥的传输也必须加密传输!
但是要想对密钥进行对称加密,就仍然需要先协商确定⼀个 "密钥的密钥"。这就成了 "先有鸡还是先有蛋" 的问题了。此时密钥的传输再⽤对称加密就行不通了。
方案二:只使用非对称加密
#但是: 服务器到浏览器的这条路怎么保障安全?
#问:通过上面的特点,我们是不是使用各自相对方提供公钥即可?
方案三:双方都使用非对称加密
- 服务端拥有 公钥S 与对应的 私钥S' ,客⼾端拥有 公钥C 与对应的 私钥C' 。
- 客户和服务端交换公钥。
- 客户端给服务端发信息:先用 S 对数据加密,再发送,只能由服务器解密,因为只有服务器有 私钥 S' 。
- 服务端给客⼾端发信息:先用 C 对数据加密,在发送,只能由客户端解密,因为只有客户端有 私钥 C' 。
这样貌似也行,但是:
- 效率太低:非对称加密,本身就非常的慢,而在上述中,双方都采用非对称加密。
- 依旧有安全问题:与下一个方案相同,见下一个方案。
方案四:非对称加密 + 对称加密
- 先解决效率问题
- 服务端具有非对称 公钥S 和 私钥S' 。
- 客户端发起 https请求,获取服务端 公钥S 。
- 客户端在本地生成对称 密钥C , 通过 公钥S 加密, 发送给服务器。
- 由于中间的网络设备没有私钥,即使截获了数据,也无法还原出内部的原文,也就无法获取到对称密钥(真的吗?)
- 服务器通过 私钥S' 解密,还原出客户端发送的对称 密钥C ,并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据。后续客户端和服务器的通信都只用对称加密即可,由于该密钥只有客户端和服务器两个主机知道,其他主机 / 设备不知道密钥即使截获数据也没有意义。
于是:便可以双方进行对称的密钥X进行加密通讯
由于对称加密的效率比非对称加密高很多,因此只是在开始阶段协商密钥的时候使用非对称加密,后续的传输仍然使用对称加密。
#问:方案 2,方案 3,方案4,都存在一个问题,如果最开始,中间人就已经开始攻击了呢?
中间人攻击 - 针对上面的场景
- Man-in-the-MiddleAttack,简称: “MITM攻击”
- 服务器具有非对称加密算法的 公钥S , 私钥S' 。
- 中间人具有非对称加密算法的 公钥M , 私钥M' 。
- 客户端向服务器发起请求,服务器明文传送 公钥S 给客户端。
- 中间人劫持数据报文,提取 公钥S 并保存好,然后将被劫持报文中的 公钥S 替换成为自己的 公钥M ,并将伪造报文发给客户端。
- 客户端收到报文,提取 公钥M (自己当然不知道公钥被更换过了),自己形成对称 秘钥X ,用 公钥M 加密 X ,形成报文发送给服务器。
- 中间人劫持后,直接用自己的 私钥M' 进行解密,得到通信 秘钥X ,再用曾经保存的服务端 公钥S 加密后,将报文推送给服务器。
- 服务器拿到报文,用自己的 私钥S' 解密,得到通信 秘钥X 。
- 双方开始采用 X 进行对称加密,进行通信。但是⼀切都在中间人的掌握中,劫持数据,进行窃听甚⾄修改,都是可以的。
#文:问题本质出在哪里了呢?
核心: 只要已经交换了秘钥了,中间人来就晚了,中间人在最开始的时候,就可以进行篡改替换。本质:是中间人能够对数据做篡改 && Client无法验证接收到的公钥是合法(是目标服务器的公钥)的。
引入证书
为了解决上诉的问题,于是便有了:引入证书。为了解决上面的问题,Client就需要对服务器的合法性进行认证。
CA认证
- 权威机构 -- CA机构
- 颁发证书 -- CA证书
- 证书发布机构
- 证书有效期
- 公钥
- 证书所有者
- 签名
- ......
理解数据签名
注意: 目前暂时和https没有关系,不要和https中的公钥、私钥搞混了。
前面提到过:摘要经过加密,就得到数字签名。
- CA机构拥有非对称加密的 私钥A 和 公钥A'
- CA机构对服务端申请的证书明文数据进行hash,形成数据摘要
- 然后对数据摘要用 CA私钥A' 加密,得到 数字签名S
核心:
由于明文数据进行hash,形成数据摘要,而只要明文改动一点,都会照成hash算法形成的数据摘要出现大变动。而原本的数据摘要加密是通过是只有服务器端才有私钥。所以,没有办法将一个新的数据摘要进行私钥的修饰,变为数字签名,然后让公钥打开,而公钥又只能打开私钥加密的数据(主要原因:就是因为这组非对称密钥,是CA机构提供的。并且,CA私钥不公开,CA公钥公开)。
#问:CA是如何签发证书的?
CA机构,也有自己的非对称秘钥: 公钥A 、 私钥A' 。
方案五:非对称加密 + 对称加密 + 证书认证
Note:
解决上述方案四中问题关键:
- 中间人能够对数据做篡改。
- Client无法验证接收到的公钥是合法(是目标服务器的公钥)的。
- 中间人能够对数据做篡改。
如果中间人对证书的客户端公钥进行篡改为自己的公钥,但是对于CA私钥不公开,于是就无法形成一个,CA公钥打开的数据。(主要:CA私钥不公开,CA公钥公开)一般CA公钥是内置的。
- 中间人篡改了证书的明文。
- 由于他没有CA机构的私钥,所以⽆法hash之后用私钥加密形成签名,那么也就没法办法对篡改后的证书形成匹配的签名。
- 如果强行篡改,客户端收到该证书后会发现明文和签名解密后的值不⼀致,则说明证书已被篡改,证书不可信,从而终止向服务器传输信息,防止信息泄露给中间人。
融汇贯通的理解:
一般客户端,在认证证书的时候,其只认其内部的公钥信息,这个公钥信息是一些CA / CA的子机构给我们的浏览器内,内置的公钥信息。
#问: 中间人整个掉包证书?
- 因为中间人没有CA私钥,所以无法制作假的证书!
- 所以中间人只能向CA申请真证书,然后用自己申请的证书进行掉包。(真证书是由域名的,地址都不同!相当于一个人拿了另一个人的身份证,这看不出来?)
- 这个确实能做到证书的整体掉包,但是别忘记,证书明文中包含了域名等服务端认证信息,如果整体掉包,客⼾端依旧能够识别出来。
永远记住:中间人没有CA私钥,所以对任何证书都无法进行合法修改,包括自己的。
如何解决的?
确保信息未被修改:
摘要算法 + 数字签名
- 每一步交换数据都需要使用
对原始文本进行摘要算法
提取得到摘要,摘要经过加密,就得到数字签名
。其会和原始文本一起发送到对端。对端通过同样的对原始文本进行摘要算法
提取得到摘要,再将数字签名
进行解密得到摘要,二者进行对比。
确保信息加密:
数字证书 + 非对称加密 + 对称加密
- 最初HTTPS握手执行一次
数据传输加密核心:利用传输双方仅有的对称密钥
进行加密。
保证对称密钥
仅双方具有:利用非对称密钥
进行客户端对称密钥
交换,但是需要保证明文公钥是由目标服务器发出,所以需要数字证书
认证。
数字证书
由CA机构形成,利用CA非对称加密
+ 数字签名
确保就是目标服务器的公钥。因为:数字签名
的加密密钥都是独有的 - CA私钥(中间人无法进行加密)。
常见问题
#问: 为什么摘要内容在网络传输的时候一定要加密形成签名?
- 定长:无论多长的字符串,计算出来的 MD5 值都是固定长度(16字节版本或者32字节版本)。
- 分散:源字符串只要改变⼀点点,最终得到的 MD5 值都会差别很大。
- 不可逆:通过源字符串生成 MD5 很容易,但是通过 MD5 还原成原串理论上是不可能的。
比如:
#问: 为什么签名不直接加密,而是要先hash形成摘要?
缩小签名密文的长度,加快数字签名的验证签名的运算速度。
- ARP欺骗:在局域网中,hacker 经过收到ARP Request广播包,能够偷听到其它节点的 (IP、 MAC) 地址。例:黑客收到两个主机A、B的地址,告诉B (受害者) ,自己是A,使得 B 在发送给 A 的数据包都被黑客截取。
- ICMP攻击:由于ICMP协议中有重定向的报文类型,那么我们就可以伪造一个ICMP信息然后发送给局域网中的客户端,并伪装自己是一个更好的路由通路。从而导致目标所有的上网流量都会发送到我们指定的接口上,达到和ARP欺骗同样的效果。
- 假wifi && 假网站(镜像网站)等。
完整流程
左侧都是客户端做的事情,右侧都是服务器做的事情。
文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-420747.html
总结
HTTPS 工作过程中涉及到的密钥有三组:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-420747.html
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