一、学习思路

二、HTTPS 协议层次

SSL和TLS为数据安全通信提供支持。

三、HTTPS设计思路

1、服务器生成公钥对A，把公钥和其他信息info发送给CA机构，申请证书；

2、CA机构，有一套自己的公钥对S，CA机构将info生成数字摘要，并使用S私钥对摘要进行加密，CA机构在操作系统系统有有一套证书，保存的是S公钥；

3、CA机构将info和加密后的数字摘要生成证书发送给服务器；

4、服务器进行https通信时，先发送证书；

5.6.7、客户端收到证书后，首先验证证书合法性，获取OS内部受信任的CA证书，使用OS公钥对证书摘要进行解密出hash值，再使用相同的hash算法对证书内容进行hash计算，比较两个hash值是否一致，一致则认为证书合法；

8、客户端验证证书合法后，client生成对称秘钥对，并使用公钥A将秘钥对加密，发送给服务器，之后的交互数据，则使用对称秘钥加密。（实际过程并未如此）

由此可见，整个HTTPS过程涉及到两对公钥对，一是用户加密数据通信的对称秘钥，放在数字证书中；二是CA机构的公钥对，放在OS内，用于验证证书是否合法

四、TLS握手

整个交互过程可以分为三个阶段：tcp握手，tls握手（明文或者密文），tls数据交互（密文）

tls握手用于验证双方及协商通信的加密秘钥。

一般的，tls握手过程是明文交互的，也可以使用RSA对称加密，双方协商一致就可以。

有三种情况的握手：

a、只验证服务器的SSL握手过程

b、验证服务器和客户端的SSL握手过程

c、恢复原有会话的SSL握手过程

下图展示了“a、只验证服务器的SSL握手过程”

注意，第4阶段，server key exchange是可选的，作为证书的补充

下列场景才会有server key exchange

协商采用了RSA加密，但服务器端的证书没有提供RSA公钥

协商采用了DH加密，但服务器端的证书没有提供DH参数

协商采用了fortezza_kea加密，但是服务端的证书没有提供参数

4.1、TLS会话缓存机制

为了加快建立握手的速度，减少协议带来的性能降低和资源消耗，TLS协议有两类会话缓存机制：

会话标识session ID和会话记录session ticket.

client -> server:  clienthello(session id)

server -> client:  serverhello, change cipher spec, encrypted handshake message

client -> server:  change cipherspec, encrypted handshake message

客户端再次和服务器建立连接，则在client中session

ID中携带记录的信息，发送给服务器。

服务器根据session ID检索缓存记录，如果没有检索到，则按正常的握手进行；

如果检索到，则返回change_cipher_spec与encrypted_handshake_message;

如果客户端能够验证通过服务器加密数据，则客户端同样发送change_cipher_spec与encrypted_handshake_message信息；

服务器验证数据通过，则握手建立成功，开始进行正常的加密数据通信；

4.2、客户端重连

客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信；

客户端需要更新秘钥，主动发出client_hello信息；

服务器识别重建连接请求后，发送server_hello信息；

客户端和服务器开始新的重建连接过程；

4.3、服务器重连

客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信；

客户端访问受保护的信息；

服务端返回hello_request信息；

客户端收到hello_request信息之后发送client_hello信息，开始重新建立连接；

五、证书

5.1、证书结构

版本：标识证书的版本（1,2和3）

序列号：标识证书的唯一标识符

签名算法：本证书所用签名算法

颁发者：证书颁发者的可识别名

使用者：证书拥有者的可识别名

公钥：证书发布的公钥

CRL：证书吊销列表，包含CA已经吊销的证书序列号及其吊销日期

证书策略：

使用者秘钥标识符

颁发机构秘钥标识符：用于证书链的验证

证书吊销列表（CRL）与证书状态在线查询协议（OCSP）

一般CA都只是每隔一定时间（几天或者几个月）才发布新的吊销列表，所以CRL不能及时反映证书状态。

而OCSP就能满足实时在线查询证书状态的要求。OCSP服务器会返回证书的三个状态：正常、吊销和未知。

在颁发机构信息访问提供了OCSP服务器地址 http://ocsp.wsign.com

浏览器在访问https网站是，先检查此证书是否已经被吊销，如果证书已经被吊销，则会显示警告信息： “此组织的证书已被吊销。安全证书问题可能显示试图欺骗您或截获您向服务器发送的数据。建议关闭此网页，并且不要继续浏览该网站。 ”

5.2、信任链

CA组织结构是一个树结构，一个root CA下面有多个mid CA，而mid CA又可以包含多个mid CA。

root CA和mid CA都可以颁发证书给用户，颁发的分别是root证书和中间证书，最终用户用来认证公钥的证书被称为end-user证书。

如果end-user证书是mid CA颁发的，那么握手阶段，需要把中间证书也一并发给客户端。

证书链验证过程：

六、秘钥协商过程

在TLS握手阶段确定了双方使用的密码学套件。

(秘钥协商、证书验证、数据加密是三个独立的过程)

举例：

TLS_DHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA

DHE_RSA：表示握手过程中使用的非对称加密算法（秘钥交换用的是DHE, 证书用的RSA）,如果WITH只有一个，那么表示交换信息和证书用的是同一个算法

        （可选的主要的密钥交换算法包括:RSA, DH, ECDH, ECDHE。可选的主要的证书算法包括：RSA, DSA, ECDSA。两者可以独立选择，并不冲突）

AES_256_CBC_SHA：表示加密信道的对称加密算法和hash算法

七、秘钥交换算法

双方在握手过程中，通过秘钥交换算法，确定后续通信的秘钥

常用的秘钥交换算法：RSA、DH类秘钥交换算法

7.1、RSA秘钥交换过程：

A->B

B：把公钥放在证书中

A：使用随机数算法，生成一个秘钥key，用公钥加密，发送给B。

RSA面临的问题：一旦私钥外泄（私钥参与了协商过程），那么key就能解密之前监听的所有的密文（向前不安全），安全性取决于私钥是否保存完好。

7.2、更安全的DH类秘钥交换算法

DH类秘钥算法有：DH, DHE, ECDH, ECDHE

DH(静态DH算法，秘钥交换始终选择相同的私钥，因此，每次的共享私钥都相同)

DHE(临时DH算法，每个连接生成一个临时的DH秘钥，因此同一秘钥永远不会被使用两次。向前保密)

7.3、DHE秘钥交换算法(基于离散对数难题)简单说明：

    A->B

    A：生成一个随机数X（作为自己的私钥），a= g^x mod p (g的x次方对p取模)，p 是个大素数，g是生成数，将a发送给B        

    B：生成一个随机数Y（作为自己的私钥），b= g^y mod p，将b发送给A。

   A: 计算 key1 = b^x mod p

    B：计算 key2 = a^y mod p

    根据数学逻辑，key1=key2,所以秘钥交换成功

DHE安全性体现在：传输的只是a、b、p、g,中间没有传输私钥x和y，在已知这四个数很难得出x和y（依赖于离散），保证了安全。

DH秘钥计算举例：

假设 g =10， p = 7，x = 3, a = 6，y = 11 , b = 5

key1 = ((g^x)mod p)^y mod p = ((10^3)mod 7)^11 mod 7 =6

key2 = ((g^y)mod p)^x mod p = ((10^11)mod 7)^3 mod 7 =6

7.4、基于ECDHE的秘钥交换算法（基于椭圆离散对数难题）

ECDHE的运算是把DHE中模幂运算替换成了点乘运算，速度更快，可逆更难

A->B

A：生成一个随机数Ra，计算Pa(x,y) = Ra * Q(x, y)，Q(x, y)为全世界公认的某个椭圆曲线算法的基点。将Pa(x, y)发送至服务器。

B：生成随机值Rb，计算Pb(x,y)= Rb * Q(x, y)。将Pb(x, y)发送至客户端。

A：计算Sa(x,y) = Ra * Pb(x, y)

B：计算Sb(x,y) = Rb * Pa(x, y)

算法保证了Sa =Sb = S，提取其中的S的x向量作为密钥（预主密钥）