HTTPS通信
引言
http与https区别
HTTP 由于是明文传输，所以安全上存在以下三个风险：
- 窃听风险，比如通信链路上可以获取通信内容，用户号容易没。
- 篡改风险，比如强制入垃圾广告，视觉污染，用户眼容易瞎。
- 冒充风险，比如冒充淘宝网站，用户钱容易没。
HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加入了 SSL/TLS 协议
HTTPS的通信过程:
1、 TCP的3次握手
2、 TLS的连接
3、 HTTP请求和响应
SSL/TLS 协议基本流程：
1、 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
2、 双方协商生产「会话秘钥」。
3、 双方采用「会话秘钥」进行加密通信。
HTTPS 是如何解决上面的三个风险的？
- 混合加密的方式实现信息的机密性，解决了窃听的风险。
- 摘要算法的方式来实现完整性，它能够为数据生成独一无二的「指纹」，指纹用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
- 将服务器公钥放入到数字证书中，解决了冒充的风险。
数字证书
客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。
这就存在些问题，如何保证公钥不被篡改和信任度？
所以这里就需要借助第三方权威机构 CA （数字证书认证机构），将服务器公钥放在数字证书（由数字证书认证机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。
HTTPS常用的密钥交换算法有两种，分别是 RSA 和 ECDHE 算法。其中，RSA 是比较传统的公钥算法，它不具备前向安全的性质，因此现在很少服务器使用的。而 ECDHE 算法具有前向安全，所以被广泛使用。
HTTPS加密-ECDHE
DHE 算法
根据私钥生成的方式，DH 算法分为两种实现：
- static DH 算法，这个是已经被废弃了；
- DHE 算法，现在常用的；
static DH 算法里有一方的私钥是静态的，也就说每次密钥协商的时候有一方的私钥都是一样的，一般是服务器方固定，客户端的私钥则是随机生成的。
于是，DH 交换密钥时就只有客户端的公钥是变化，而服务端公钥是不变的，那么随着时间延长，黑客就会截获海量的密钥协商过程的数据，因为密钥协商的过程有些数据是公开的，黑客就可以依据这些数据暴力破解出服务器的私钥，然后就可以计算出会话密钥了，于是之前截获的加密数据会被破解，所以 static DH 算法不具备前向安全性。
既然固定一方的私钥有被破解的风险，那么干脆就让双方的私钥在每次密钥交换通信时，都是随机生成的、临时的，这个方式也就是 DHE 算法，E 全称是 ephemeral（临时性的）。
所以，即使有个牛逼的黑客破解了某一次通信过程的私钥，其他通信过程的私钥仍然是安全的，因为每个通信过程的私钥都是没有任何关系的，都是独立的，这样就保证了前向安全。
ECDHE 算法
DHE 算法由于计算性能不佳，因为需要做大量的乘法，为了提升 DHE 算法的性能，所以就出现了现在广泛用于密钥交换算法 —— ECDHE 算法。
ECDHE 算法是在 DHE 算法的基础上利用了 ECC 椭圆曲线特性，可以用更少的计算量计算出公钥，以及最终的会话密钥。
小红和小明使用 ECDHE 密钥交换算法的过程：
双方事先确定好使用哪种椭圆曲线，和曲线上的基点 G，这两个参数都是公开的；
双方各自随机生成一个随机数作为私钥d，并与基点 G相乘得到公钥Q（Q = dG），此时小红的公私钥为 Q1 和 d1，小明的公私钥为 Q2 和 d2；
双方交换各自的公钥，最后小红计算点（x1，y1） = d1Q2，小明计算点（x2，y2） = d2Q1，由于椭圆曲线上是可以满足乘法交换和结合律，所以 d1Q2 = d1d2G = d2d1G = d2Q1 ，因此双方的 x 坐标是一样的，所以它是共享密钥，也就是会话密钥。
这个过程中，双方的私钥都是随机、临时生成的，都是不公开的，即使根据公开的信息（椭圆曲线、公钥、基点 G）也是很难计算出椭圆曲线上的离散对数（私钥）。
ECDHE 握手过程
知道了 ECDHE 算法基本原理后，结合实际的情况来看看。
用 Wireshark 工具抓了用 ECDHE 密钥协商算法的 TSL 握手过程，可以看到是四次握手：
接下来，分析每一个 ECDHE 握手过程。
TLS 第一次握手
客户端首先会发一个「Client Hello」消息，消息里面有客户端使用的 TLS 版本号、支持的密码套件列表，以及生成的随机数（Client Random）。
TLS 第二次握手
服务端收到客户端的「打招呼」，同样也要回礼，会返回「Server Hello」消息，消息面有服务器确认的 TLS 版本号，也给出了一个随机数（Server Random），然后从客户端的密码套件列表选择了一个合适的密码套件。
「TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256」
密钥协商算法使用 ECDHE；
签名算法使用 RSA；
握手后的通信使用 AES 对称算法，密钥长度 128 位，分组模式是 GCM；
摘要算法使用 SHA256；
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接着，服务端为了证明自己的身份，发送「Certificate」消息，会把证书也发给客户端。
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发送「Server Key Exchange」消息。
这个过程服务器做了三件事：
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选择了名为 named_curve 的椭圆曲线，选好了椭圆曲线相当于椭圆曲线基点 G 也定好了，这些都会公开给客户端；
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生成随机数作为服务端椭圆曲线的私钥，保留到本地；
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根据基点 G 和私钥计算出服务端的椭圆曲线公钥，这个会公开给客户端。
为了保证这个椭圆曲线的公钥不被第三方篡改，服务端会用 RSA 签名算法给服务端的椭圆曲线公钥做个签名。 -
随后，就是「Server Hello Done」消息，服务端跟客户端表明：“这些就是我提供的信息，打招呼完毕”。
至此，TLS 两次握手就已经完成了，目前客户端和服务端通过明文共享了这几个信息：Client Random、Server Random 、使用的椭圆曲线、椭圆曲线基点 G、服务端椭圆曲线的公钥，这几个信息很重要，是后续生成会话密钥的材料。
TLS 第三次握手
客户端收到了服务端的证书后，首先要校验证书是否合法，如果证书合法，那么服务端的身份就是没问题的。校验证书的过程，会走证书链逐级验证，确认证书的真实性，再用证书的公钥验证签名，这样就能确认服务端的身份了，确认无误后，就可以继续往下走。
客户端会生成一个随机数作为客户端椭圆曲线的私钥，然后再根据服务端前面给的信息，生成客户端的椭圆曲线公钥，然后用「Client Key Exchange」消息发给服务端。
至此，双方都有对方的椭圆曲线公钥、自己的椭圆曲线私钥、椭圆曲线基点 G。于是，双方都就计算出点（x，y），其中 x 坐标值双方都是一样的，前面说 ECDHE 算法时候，说 x 是会话密钥，但实际应用中，x 还不是最终的会话密钥。
还记得 TLS 握手阶段，客户端和服务端都会生成了一个随机数传递给对方吗？
最终的会话密钥，就是用「客户端随机数 + 服务端随机数 + x（ECDHE 算法算出的共享密钥） 」三个材料生成的。
之所以这么麻烦，是因为 TLS 设计者不信任客户端或服务器「伪随机数」的可靠性，为了保证真正的完全随机，把三个不可靠的随机数混合起来，那么「随机」的程度就非常高了，足够让黑客计算出最终的会话密钥，安全性更高。
算好会话密钥后，客户端会发一个「Change Cipher Spec」消息，告诉服务端后续改用对称算法加密通信。
接着，客户端会发「Encrypted Handshake Message」消息，把之前发送的数据做一个摘要，再用对称密钥加密一下，让服务端做个验证，验证下本次生成的对称密钥是否可以正常使用。
TLS 第四次握手
最后，服务端也会有一个同样的操作，发「Change Cipher Spec」和「Encrypted Handshake Message」消息，如果双方都验证加密和解密没问题，那么握手正式完成。于是，就可以正常收发加密的 HTTP 请求和响应了。
