前言
本文为个人学习笔记的整理，其中很多借鉴了小林coding的图解网络。
什么是HTTPS
HTTPS，Hyper Text Transfer Protocol over SecureSocket Layer，超文本传输安全协议。
在 TCP 和 HTTP 之间加入了 SSL/TLS 安全协议，使得报文能够加密传输。在 TCP 三次握手之后，还需进行 SSL/TLS 的握手过程，才可进入加密报文传输。
HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。
HTTPS的作用
因为 HTTP 是明文传输，所以会存在以下三个风险，使用起来极其不安全，所以就诞生了 HTTPS，也就是在 HTTP 之上加入了 SSL/TLS 安全协议，来解决 HTTP 的安全问题。
- 通过信息加密，解决HTTP的窃听风险（由于是明文传输，只要监听通信链路即可获得包内的数据）。
- 通过校验机制，解决HTTP的篡改风险（对服务器发来的数据没有校验，被篡改了也无法验证）。
- 通过身份证书，解决HTTP的冒充风险（可以冒充服务器发送数据）。
具体是通过以下三种方式来解决 HTTP 的安全问题的。
混合加密
HTTPS 采用的是对称加密和非对称加密结合的「混合加密」方式：
- 在通信建立前采用非对称加密的方式交换「会话秘钥」，后续就不再使用非对称加密。
- 在通信过程中全部使用对称加密的「会话秘钥」的方式加密明文数据。
采用「混合加密」的方式的原因：
- 对称加密只使用一个密钥，运算速度快，但密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换。
- 非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢。
校验机制：摘要算法+数字签名
在发送内容前，对传输的内容进行摘要算法（哈希函数）计算，得到一个唯一且无法推导的哈希值，即内容的指纹，将哈希值与内容一同发送出去，在接收后再次进行哈希计算，校验哈希值，从而保证内容是完整且未被篡改的。
但是仍然无法保证内容和哈希值都被中间替换过，所以需要再使用私钥加密，公钥解密的非对称加密来解决。
我们常说的数字签名算法，就是用的是这种方式，不过私钥加密内容不是内容本身，而是对内容的哈希值加密。
- 公钥加密，私钥解密。这个目的是为了保证内容传输的安全，因为被公钥加密的内容，其他人是无法解密的，只有持有私钥的人，才能解密出实际的内容；
- 私钥加密，公钥解密。这个目的是为了保证消息不会被冒充，因为私钥是不可泄露的，如果公钥能正常解密出私钥加密的内容，就能证明这个消息是来源于持有私钥身份的人发送的。
数字证书
通过摘要算法，我们能保证数据的完整性；通过数字签名，我们能保证数据的来源一定是私钥持有者。
但是还缺少了身份验证环节，万一公私钥被替换过，校验仍然可以通过。所以需要对公私钥进行身份验证，HTTPS 规定只有权威机构能够颁发证书，而且拿到证书后也需要进行权威机构的认证。
CA，Certification Authority，数字证书认证机构。数字证书的工作流程如下图所示。
TLS建立连接过程
TLS 建立连接的过程，就是客户端向服务器索要并验证 CA公钥，随后双方协商产生会话密钥的过程。
整个过程可以分为七个部分，其中 TLS 的握手过程涉及四次通信。接下来将根据 Wireshark 的抓包结果进行过程的拆分和分析。
1 TCP三次握手
TLS 层是在 TCP 层之上的，所以在建立 TLS 连接之前，需要先建立 TCP 连接。
2 Client Hello
由客户端向服务器发起建立 TLS 请求，请求的内容包括以下等信息：
- 客户端支持的 SSL/TLS 协议版本。
- 客户端生产的随机数（Client Random），后面用于生成会话秘钥的条件之一。
- 客户端支持的加密套件列表，如 RSA 等加密算法。
3 Server Hello
服务器收到客户端的建立请求后，向客户端发出响应，回应的内容包括以下等信息：
- 确认 SSL/ TLS 协议版本（如果浏览器不支持，则关闭加密通信）。
- 服务器生产的随机数（Server Random），也是后面用于生产会话秘钥的条件之一。
- 确认的加密套件。
- 服务器的数字证书。
因为我这里使用的是DHE/ECDHE加密算法，所以多了一个Server Key Exchange的握手流程。如果是RSA是不会进行该握手流程的。
4 校验数字证书
校验数字证书的过程之前已经讲过了：摘要算法+数字签名
5 客户端回应
客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，向服务器发送以下信息：
5.1 Client Key Exchange：基于前面提到的两个随机数（client random+server random），再生成第 3 个随机数 pre-master，然后通过CA证书中的公钥，对 pre-master 加密，得到 pre-master key，发送给服务器。
5.2 Change Cipher Spec：加密通信算法改变通知，表示客户端随后的信息都将用会话秘钥加密通信。
5.3 Encrypted handshake message：这一步对应的是 Cleint 的 Finish 消息，client 将前面握手的消息生成摘要，再用协商好的会话秘钥进行加密，这是客户端发出的第一条加密消息， 服务端接收后会用会话秘钥解密，能解出来说明前面协商的秘钥是一致的，至此客户端的握手完成。
会话密钥是用双方协商的加密算法和三个随机数：client random、server random、pre-master key 生成的。
6 服务器回应
服务器使用自己的 CA证书私钥对 pre-master key 解密得到 pre-master，再计算出会话密钥，随后向客户端发送以下信息：
6.1 Change Cipher Spec：加密通信算法改变通知，表示服务端随后的信息都将用会话秘钥加密通信。
6.2 Encrypted handshake message：这一步对应的是 Server 的 Finish 消息，服务端会将握手过程消息生成摘要，然后再用会话密钥加密，这是服务器发出的第一条加密消息，客户端接收后会用会话密钥解密，能解出来就说明协商成功。
7 TCP四次挥手
至此，整个 SSL/TLS 的握手阶段全部结束，TCP 四次挥手断开连接。
接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用会话秘钥加密内容。