HTTPS协议简介

HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure, 超文本传输安全协议)：是一种透过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，但利用SSL/TLS来加密数据包。HTTPS开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。这个协议由网景公司(Netscape)在1994年首次提出，随后扩展到互联网上。

历史上，HTTPS连接经常用于万维网上的交易支付和企业信息系统中敏感信息的传输。在2000年代晚期和2010年代早期，HTTPS开始广泛使用于保护所有类型网站上的网页真实性，保护账户和保持用户通信，身份和网络浏览的私密性。

HTTPS的主要思想：是在不安全的网络上创建一安全信道，并可在使用适当的加密包和服务器证书可被验证且可被信任时，对窃听和中间人攻击提供合理的防护。

HTTPS的信任继承基于预先安装在浏览器中的证书颁发机构(如Symantec、Comodo、GoDaddy和GlobalSign等)(意即”我信任证书颁发机构告诉我应该信任的”)。因此，一个到某网站的HTTPS连接可被信任，当且仅当：

(1). 用户相信他们的浏览器正确实现了HTTPS且安装了正确的证书颁发机构；

(2). 用户相信证书颁发机构仅信任合法的网站；

(3). 被访问的网站提供了一个有效的证书，意即，它是由一个被信任的证书颁发机构签发的(大部分浏览器会对无效的证书发出警告)；

(4). 该证书正确地验证了被访问的网站(如，访问https://example.com 时收到了给example.com而不是其它组织的证书）；

(5). 或者互联网上相关的节点是值得信任的，或者用户相信本协议的加密层(TLS或SSL)不能被窃听者破坏。

HTTPS不应与在RFC 2660中定义的安全超文本传输协议(S-HTTP)相混淆。

浏览器实现：当连接到一个提供无效证书的网站时，较旧的浏览器会使用一对话框询问用户是否继续，而较新的浏览器会在整个窗口中显示警告；较新的浏览器也会在地址栏中凸显网站的安全信息(如，扩展验证证书在Firefox里会使地址栏出现绿锁标志）。Google Chrome、Internet Explorer、Firefox等浏览器在网站含有由加密和未加密内容组成的混合内容时，会发出警告。

HTTPS与HTTP的差异：与HTTP的URL由”http://”起始且默认使用端口80不同，HTTPS的URL由”https://”起始且默认使用端口443。HTTP是不安全的，且攻击者通过监听和中间人攻击等手段，可以获取网站帐户和敏感信息等。HTTPS被设计为可防止前述攻击，并在正确配置时被认为是安全的。

协议层：HTTP协议和安全协议同属于应用层(OSI模型的最高层)，具体来讲，安全协议工作在HTTP之下，运输层之上：安全协议向运行HTTP的进程提供一个类似于TCP的套接字，供进程向其中注入报文，安全协议将报文加密并注入运输层套接字；或是从运输层获取加密报文，解密后交给对应的进程。严格地讲，HTTPS并不是一个单独的协议，而是对工作在一加密连接(TLS或SSL)上的常规HTTP协议的称呼。

HTTPS报文中的任何东西都被加密，包括所有报头和荷载。除了可能的选择密文攻击之外，一个攻击者所能知道的只有在两者之间有一连接这一事实。

服务器设置：要使一网络服务器准备好接受HTTPS连接，管理员必须创建一数字证书，并交由证书颁发机构签名以使浏览器接受。证书颁发机构会验证数字证书持有人和其声明的为同一人。浏览器通常都预装了证书颁发机构的证书，所以他们可以验证该签名。

(1). 获得证书：由证书颁发机构签发的证书有免费的，也有每年收费数美元到数千美元不等的。一个组织也可能有自己的证书颁发机构，尤其是当设置浏览器来访问他们自己的网站时(如，运行在公司或学校局域网内的网站)。他们可以容易地将自己的证书加入浏览器中。

(2). 作为访问控制：HTTPS也可被用作客户端认证手段来将一些信息限制给合法的用户。要做到这样，管理员通常会给每个用户创建证书(通常包含了用户的名字和电子邮件地址)。这个证书会被放置在浏览器中，并在每次连接到服务器时由服务器检查。

(3). 当私钥失密时：证书可在其过期前被吊销，通常情况是该证书的私钥已经失密。较新的浏览器如Google Chrome、Firefox、Opera和运行在Windows Vista上的Internet Explorer都实现了在线证书状态协议(OCSP)以排除这种情形：浏览器将网站提供的证书的序列号通过OCSP发送给证书颁发机构，后者会告诉浏览器证书是否还是有效的。

局限：TLS有两种策略：简单策略和交互策略。交互策略更为安全，但需要用户在他们的浏览器中安装个人的证书来进行认证。不管使用了哪种策略，协议所能提供的保护总强烈地依赖于浏览器的实现和服务器软件所支持的加密算法。

HTTPS并不能防止站点被网络蜘蛛抓取。在某些情形中，被加密资源的URL可仅通过截获请求和响应的大小推得，这就可使攻击者同时知道明文(公开的静态内容)和密文(被加密过的明文)，从而使选择密文攻击成为可能。

因为SSL在HTTP之下工作，对上层协议一无所知，所以SSL服务器只能为一个IP地址/端口组合提供一个证书。这就意味着在大部分情况下，使用HTTPS的同时支持基于名字的虚拟主机是不很现实的。一种叫域名指示(SNI)的方案通过在加密连接创建前向服务器发送主机名解决了这一问题。Firefox 2、Opera 8和运行在Windows Vista的Internet Explorer 7都加入了对SNI的支持。

因为HTTPS连接所用的公钥以明文传输，因此中国大陆的防火长城可以对特定网站按照匹配的黑名单证书，通过伪装成对方向连接两端的计算机发送RST包干扰两台计算机间正常的TCP通讯，以打断与特定IP地址之间的443端口握手，或者直接使握手的数据包丢弃，导致握手失败，从而导致TLS连接失败。这也是一种互联网信息审查和屏蔽的技术手段。

HTTPS是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL。凡是使用了HTTPS的网站，都可以通过点击浏览器地址栏的锁头标志来查看网站认证之后的真实信息，也可以通过CA机构颁发的安全签章来查询。

HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息。HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如信用卡号、密码等。为了数据传输的安全，HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议，SSL依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。

不使用SSL/TLS的HTTP通信，就是不加密的通信，所有信息明文传播，带来三大风险：(1). 窃听风险：第三方可以获知通信内容；(2). 篡改风险：第三方可以修改通信内容；(3). 冒充风险：第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，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。

HTTP/2协议只有在HTTPS环境下才会生效。

传输层安全性协议(Transport Layer Security，TLS)，及其前身安全套接层(Secure Sockets Layer，SSL)是一种安全协议，目的是为互联网通信提供安全及数据完整性保障。网景公司(Netscape)在1994年推出首版网页浏览器，网景导航者时，推出HTTPS协议，以SSL进行加密，这是SSL的起源。IETF将SSL进行标准化，1999年公布第一版TLS标准文件。随后又公布RFC 5246(2008年8月)与RFC 6176(2011年3月)。在浏览器、邮箱、即时通信、VoIP、网络传真等应用程序中，广泛支持这个协议。主要的网站，如Google、Facebook等也以这个协议来创建安全连线，发送数据。目前已成为互联网上保密通信的工业标准。

SSL包含记录层(Record Layer)和传输层，记录层协议确定传输层数据的封装格式。传输层安全协议使用X.509认证，之后利用非对称加密演算来对通信方做身份认证，之后交换对称密钥作为会谈密钥(Session key)。这个会谈密钥是用来将通信两方交换的数据做加密，保证两个应用间通信的保密性和可靠性，使客户与服务器应用之间的通信不被攻击者窃听。

TLS协议采用主从式架构模型，用于在两个应用程序间透过网络创建起安全的连线，防止在交换数据时受到窃听及篡改。

TLS协议的优势是与高层的应用层协议(如HTTP、FTP、Telnet等)无耦合。应用层协议能透明地运行在TLS协议之上，由TLS协议进行创建加密通道需要的协商和认证。应用层协议传送的数据在通过TLS协议时都会被加密，从而保证通信的私密性。

TLS协议是可选的，必须配置客户端和服务器才能使用。主要有两种方式实现这一目标：一个是使用统一的TLS协议通信端口(例如：用于HTTPS的端口443)；另一个是客户端请求服务器连接到TLS时使用特定的协议机制(例如：邮件、新闻协议和STARTTLS)。一旦客户端和服务器都同意使用TLS协议，他们通过使用一个握手过程协商出一个有状态的连接以传输数据。通过握手，客户端和服务器协商各种参数用于创建安全连接：

(1). 当客户端连接到支持TLS协议的服务器要求创建安全连接并列出了受支持的密码组合(加密密码算法和加密哈希函数)，握手开始。

(2). 服务器从该列表中决定加密和散列函数，并通知客户端。

(3). 服务器发回其数字证书，此证书通常包含服务器的名称、受信任的证书颁发机构(CA)和服务器的公钥。

(4). 客户端确认其颁发的证书的有效性。

(5). 为了生成会话密钥用于安全连接，客户端使用服务器的公钥加密随机生成的密钥，并将其发送到服务器，只有服务器才能使用自己的私钥解密。

(6). 利用随机数，双方生成用于加密和解密的对称密钥。

这就是TLS协议的握手，握手完毕后的连接是安全的，直到连接(被)关闭。如果上述任何一个步骤失败，TLS握手过程就会失败，并且断开所有的连接。

SSL(Secure Sockets Layer)是网景公司(Netscape)设计的主要用于Web的安全传输协议，这种协议在Web上获得了广泛的应用。SSL 1.0版本从未公开过，因为存在严重的安全漏洞。SSL 2.0在1995年2月发布，已于2011年弃用。SSL 3.0在1996年发布，已于2015年弃用。较新版本的SSL/TLS基于SSL 3.0。

IETF将SSL标准化，即RFC 2246，并将其称为TLS。从技术上讲，TLS 1.0与SSL 3.0的差异非常微小。TLS 1.0在1996年发布，计划于2020年弃用。TLS 1.1在RFC 4346中定义，于2006年4月发表，计划于2020年弃用。TLS 1.2在RFC 5246中定义，于2008年8月发表。TLS 1.3在RFC 8846中定义，于2018年8月发布。

密钥交换和密钥协商：在客户端和服务器开始交换TLS所保护的加密信息之前，他们必须安全地交换或协定加密密钥和加密数据时要使用的密码。用于密钥交换的方法包括：使用RSA算法生成公钥和私钥(在TLS握手协议中被称为TLS_RSA)，Diffie-Hellman(在TLS握手协议中被称为TLS_DH)，临时Diffie-Hellman(在TLS握手协议中被称为TLS_DHE)，椭圆曲线迪菲-赫尔曼(在TLS握手协议中被称为TLS_ECDH)，临时椭圆曲线Diffie-Hellman(在TLS握手协议中被称为TLS_ECDHE)，匿名Diffie-Hellman(在TLS握手协议中被称为TLS_DH_anon)和预共享密钥(在TLS握手协议中被称为TLS_PSK)。TLS_DH_anon和TLS_ECDH_anon的密钥协商协议不能验证服务器或用户，因为易受中间人攻击因此很少使用。只有TLS_DHE和TLS_ECDHE提供前向保密能力。在交换过程中使用的公钥/私钥加密密钥的长度和在交换协议过程中使用的公钥证书也各不相同，因而提供的强健性的安全。2013年7月，Google宣布向其用户提供的TLS加密将不再使用1024位公钥并切换到2048位，以提高安全性。

数据完整性：消息认证码(MAC)用于对数据完整性进行认证。HMAC用于CBC模式的块密码和流密码，AEAD用于身份验证加密，例如GCM模式和CCM模式。

在应用程序设计中，TLS通常在传输层协议之上实现，加密协议的所有协议相关数据，如HTTP，FTP，SMTP，NNTP和XMPP。

大多数SSL和TLS编程库都是自由及开放源代码软件，如：

(1). Botan：是一个用C++11实现的加解密库，License为BSD-2-Clause，code下载地址为https://libraries.io/github/randombit/botan；

(2). OpenSSL：TSL/SSL加解密库，License为Apache License，code下载地址为https://github.com/openssl/openssl；

简单邮件传输协议(SMTP)也可以通过TLS保护，这些应用程序使用公开密钥认证来验证端点的身份。

SSL协议的工作方式：客户端要收发几个握手信号：

(1). 发送一个”ClientHello”消息，内容包括：支持的协议版本，比如TLS1.0版，一个客户端生成的随机数(稍后用于生成”会话密钥”)，支持的加密算法(如RSA公钥加密)和支持的压缩算法。

(2). 然后收到一个”ServerHello”消息，内容包括：确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本(如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信)，一个服务器生成的随机数(稍后用于生成”对话密钥”)，确认使用的加密方法(如RSA公钥加密)，服务器证书。

(3). 当双方知道了连接参数，客户端与服务器交换证书(依靠被选择的公钥系统)。这些证书通常基于X.509，不过已有草案支持以OpenPGP为基础的证书。

(4). 服务器请求客户端公钥。客户端有证书即双向身份认证，没证书时随机生成公钥。

(5). 客户端与服务器通过公钥保密协商共同的主私钥(双方随机协商)，这通过精心谨慎设计的伪随机数功能实现。结果可能使用Diffie-Hellman交换，或简化的公钥加密，双方各自用私钥解密。所有其他关键数据的加密均使用这个”主密钥”。数据传输中记录层(Record layer)用于封装更高层的HTTP等协议。记录层数据可以被随意压缩、加密，与消息验证码压缩在一起。每个记录层包都有一个Content-Type段用以记录更上层用的协议。

TLS利用密钥算法在互联网上提供端点身份认证与通讯保密，其基础是公钥基础设施。不过在实现的典型例子中，只有网络服务者被可靠身份验证，而其客户端则不一定。这是因为公钥基础设施普遍商业运营，电子签名证书通常需要付费购买。协议的设计在某种程度上能够使主从架构应用程序通讯本身预防窃听、干扰和消息伪造。

TLS包含三个基本阶段：

(1). 对等协商支持的密钥算法

(2). 基于非对称密钥的信息传输加密和身份认证、基于PKI证书的身份认证

(3). 基于对称密钥的数据传输保密

在第一阶段，客户端与服务器协商所用密码算法。当前广泛实现的算法选择如下：

(1). 公钥私钥非对称密钥保密系统：RSA、Diffie-Hellman、DSA;

(2). 对称密钥保密系统：RC2、RC4、IDEA、DES、Triple DES、AES以及Camellia；

(3). 单向散列函数：MD5、SHA1以及SHA256。

TLS/SSL有多样的安全保护措施：所有的记录层数据均被编号，用于消息验证码校验。

以上整理的内容主要来自：维基百科_SSL  维基百科_HTTPS 阮一峰的网络日志

GitHub： https://github.com/fengbingchun/OpenSSL_Test