深入講解HTTPS中的加密算法

HTTPS介紹

HTTPS其實(shí)是有兩部分組成：HTTP + SSL / TLS，也就是在HTTP上又加了一層處理加密信息的模塊。服務(wù)端和客戶端的信息傳輸都會(huì)通過(guò)TLS進(jìn)行加密，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是加密后的數(shù)據(jù)。

用途兩種：一種是建立一個(gè)信息通道，來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涣硪环N就是確認(rèn)網(wǎng)站的真實(shí)性，凡是使用了 https 的網(wǎng)站，都可以通過(guò)點(diǎn)擊瀏覽器地址欄的鎖頭標(biāo)志來(lái)查看網(wǎng)站認(rèn)證之后的真實(shí)信息，也可以通過(guò) CA 機(jī)構(gòu)頒發(fā)的安全簽章來(lái)查詢。

前言

密碼學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中使用非常廣泛，HTTPS就是建立在密碼學(xué)基礎(chǔ)之上的一種安全的通信協(xié)議。HTTPS早在1994年由網(wǎng)景公司首次提出，而如今在眾多互聯(lián)網(wǎng)廠商的推廣之下HTTPS已經(jīng)被廣泛使用在各種大小網(wǎng)站中。在完全理解HTTPS之前，有必要弄清楚一些密碼學(xué)相關(guān)的概念，比如：明文、密文、密碼、密鑰、對(duì)稱加密、非對(duì)稱加密、摘要、數(shù)字簽名、數(shù)字證書(shū)。

密碼(cipher)

密碼學(xué)中的密碼（cipher）和我們?nèi)粘Ｉ钪兴f(shuō)的密碼不太一樣，計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)『密碼 cipher』是一種用于加密或者解密的算法，而我們?nèi)粘Ｋ褂玫摹好艽a password』是一種口令，它是用于認(rèn)證用途的一組文本字符串，這里我們要討論的是前者：cipher。

密鑰(key)

密鑰是一種參數(shù)，它是在使用密碼（cipher）算法過(guò)程中輸入的參數(shù)。同一個(gè)明文在相同的密碼算法和不同的密鑰計(jì)算下會(huì)產(chǎn)生不同的密文。很多知名的密碼算法都是公開(kāi)的，密鑰才是決定密文是否安全的重要參數(shù)，通常密鑰越長(zhǎng)，破解的難度越大，比如一個(gè)8位的密鑰最多有256種情況，使用窮舉法，能非常輕易的破解，知名的DES算法使用56位的密鑰，目前已經(jīng)不是一種安全的加密算法了，主要還是因?yàn)?6位的密鑰太短，在數(shù)小時(shí)內(nèi)就可以被破解。密鑰分為對(duì)稱密鑰與非對(duì)稱密鑰。

明文/密文

明文（plaintext）是加密之前的原始數(shù)據(jù)，密文是通過(guò)密碼（cipher）運(yùn)算后得到的結(jié)果成為密文（ciphertext）

對(duì)稱密鑰

對(duì)稱密鑰（Symmetric-key algorithm）又稱為共享密鑰加密，對(duì)稱密鑰在加密和解密的過(guò)程中使用的密鑰是相同的，常見(jiàn)的對(duì)稱加密算法有DES、3DES、AES、RC5、RC6。對(duì)稱密鑰的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，但是他也有缺點(diǎn)，密鑰需要在通訊的兩端共享，讓彼此知道密鑰是什么對(duì)方才能正確解密，如果所有客戶端都共享同一個(gè)密鑰，那么這個(gè)密鑰就像萬(wàn)能鑰匙一樣，可以憑借一個(gè)密鑰破解所有人的密文了，如果每個(gè)客戶端與服務(wù)端單獨(dú)維護(hù)一個(gè)密鑰，那么服務(wù)端需要管理的密鑰將是成千上萬(wàn)，這會(huì)給服務(wù)端帶來(lái)噩夢(mèng)。下面就是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)稱加密，將明文加密成ASCII。

# 加密的方式：在ASCII的基礎(chǔ)上 + 密鑰的值

def encipher(plain_text, key):
 # 加密
 cipher_text = []
 for c in plain_text:
 cipher_text.append(str(ord(c) + key))

 return ' '.join(cipher_text)

def decipher(cipher_text, key):
 # 解密
 plain_text = []
 for c in cipher_text.split(" "):
 plain_text.append(chr(int(c)+key))
 return "".join(plain_text)


if __name__ == '__main__':
 print "cipher_text:", encipher("abcdef", 0)
 print "plain_text:", decipher("97 98 99 100 101 102", 0)

非對(duì)稱密鑰

非對(duì)稱密鑰（public-key cryptography），又稱為公開(kāi)密鑰加密，服務(wù)端會(huì)生成一對(duì)密鑰，一個(gè)私鑰保存在服務(wù)端，僅自己知道，另一個(gè)是公鑰，公鑰可以自由發(fā)布供任何人使用?？蛻舳说拿魑耐ㄟ^(guò)公鑰加密后的密文需要用私鑰解密。非對(duì)稱密鑰在加密和解密的過(guò)程的使用的密鑰是不同的密鑰，加密和解密是不對(duì)稱的，所以稱之為非對(duì)稱加密。與對(duì)稱密鑰加密相比，非對(duì)稱加密無(wú)需在客戶端和服務(wù)端之間共享密鑰，只要私鑰不發(fā)給任何用戶，即使公鑰在網(wǎng)上被截獲，也無(wú)法被解密，僅有被竊取的公鑰是沒(méi)有任何用處的。常見(jiàn)的非對(duì)稱加密有RSA，非對(duì)稱加解密的過(guò)程：

• 服務(wù)端生成配對(duì)的公鑰和私鑰
• 私鑰保存在服務(wù)端，公鑰發(fā)送給客戶端
• 客戶端使用公鑰加密明文傳輸給服務(wù)端
• 服務(wù)端使用私鑰解密密文得到明文

數(shù)字簽名（Digital Signature）

數(shù)據(jù)在瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸時(shí)，有可能在傳輸過(guò)程中被冒充的盜賊把內(nèi)容替換了，那么如何保證數(shù)據(jù)是真實(shí)服務(wù)器發(fā)送的而不被調(diào)包呢，同時(shí)如何保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒(méi)有被人篡改呢，要解決這兩個(gè)問(wèn)題就必須用到數(shù)字簽名，數(shù)字簽名就如同日常生活的中的簽名一樣，一旦在合同書(shū)上落下了你的大名，從法律意義上就確定是你本人簽的字兒，這是任何人都沒(méi)法仿造的，因?yàn)檫@是你專有的手跡，任何人是造不出來(lái)的。那么在計(jì)算機(jī)中的數(shù)字簽名怎么回事呢？數(shù)字簽名就是用于驗(yàn)證傳輸?shù)膬?nèi)容是不是真實(shí)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)有沒(méi)有被篡改過(guò)，它就干這兩件事，是非對(duì)稱加密的一種應(yīng)用場(chǎng)景。不過(guò)他是反過(guò)來(lái)用私鑰來(lái)加密，通過(guò)與之配對(duì)的公鑰來(lái)解密。

第一步：服務(wù)端把報(bào)文經(jīng)過(guò)Hash處理后生成摘要信息Digest，摘要信息使用私鑰private-key加密之后就生成簽名，服務(wù)器把簽名連同報(bào)文一起發(fā)送給客戶端。

第二步：客戶端接收到數(shù)據(jù)后，把簽名提取出來(lái)用public-key解密，如果能正常的解密出來(lái)Digest2，那么就能確認(rèn)是對(duì)方發(fā)的。

第三步：客戶端把報(bào)文Text提取出來(lái)做同樣的Hash處理，得到的摘要信息Digest1，再與之前解密出來(lái)的Digist2對(duì)比，如果兩者相等，就表示內(nèi)容沒(méi)有被篡改，否則內(nèi)容就是被人改過(guò)了。因?yàn)橹灰谋緝?nèi)容哪怕有任何一點(diǎn)點(diǎn)改動(dòng)都會(huì)Hash出一個(gè)完全不一樣的摘要信息出來(lái)。

數(shù)字證書(shū)（Certificate Authority）

數(shù)字證書(shū)簡(jiǎn)稱CA，它由權(quán)威機(jī)構(gòu)給某網(wǎng)站頒發(fā)的一種認(rèn)可憑證，這個(gè)憑證是被大家（瀏覽器）所認(rèn)可的，為什么需要用數(shù)字證書(shū)呢，難道有了數(shù)字簽名還不夠安全嗎？有這樣一種情況，就是瀏覽器無(wú)法確定所有的真實(shí)服務(wù)器是不是真的是真實(shí)的，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：A廠家給你們家安裝鎖，同時(shí)把鑰匙也交給你，只要鑰匙能打開(kāi)鎖，你就可以確定鑰匙和鎖是配對(duì)的，如果有人把鑰匙換了或者把鎖換了，你是打不開(kāi)門(mén)的，你就知道肯定被竊取了，但是如果有人把鎖和鑰匙替換成另一套表面看起來(lái)差不多的，但質(zhì)量差很多的，雖然鑰匙和鎖配套，但是你卻不能確定這是否真的是A廠家給你的，那么這時(shí)候，你可以找質(zhì)檢部門(mén)來(lái)檢驗(yàn)一下，這套鎖是不是真的來(lái)自于A廠家，質(zhì)檢部門(mén)是權(quán)威機(jī)構(gòu)，他說(shuō)的話是可以被公眾認(rèn)可的（呵呵）。

同樣的， 因?yàn)槿绻腥耍◤埲┯米约旱墓€把真實(shí)服務(wù)器發(fā)送給瀏覽器的公鑰替換了，于是張三用自己的私鑰執(zhí)行相同的步驟對(duì)文本Hash、數(shù)字簽名，最后得到的結(jié)果都沒(méi)什么問(wèn)題，但事實(shí)上瀏覽器看到的東西卻不是真實(shí)服務(wù)器給的，而是被張三從里到外（公鑰到私鑰）換了一通。那么如何保證你現(xiàn)在使用的公鑰就是真實(shí)服務(wù)器發(fā)給你的呢？我們就用數(shù)字證書(shū)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。數(shù)字證書(shū)一般由數(shù)字證書(shū)認(rèn)證機(jī)構(gòu)（Certificate Authority）頒發(fā)，證書(shū)里面包含了真實(shí)服務(wù)器的公鑰和網(wǎng)站的一些其他信息，數(shù)字證書(shū)機(jī)構(gòu)用自己的私鑰加密后發(fā)給瀏覽器，瀏覽器使用數(shù)字證書(shū)機(jī)構(gòu)的公鑰解密后得到真實(shí)服務(wù)器的公鑰。這個(gè)過(guò)程是建立在被大家所認(rèn)可的證書(shū)機(jī)構(gòu)之上得到的公鑰，所以這是一種安全的方式。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來(lái)一定的幫助，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。

參考：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%AC%E5%BC%80%E5%AF%86%E9%92%A5%E5%8A%A0%E5%AF%86

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%87%E6%96%99%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A8%99%E6%BA%96

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B8%E4%BD%8D%E7%B0%BD%E7%AB%A0

http://www.guokr.com/post/114121/