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HTTPS、SSL/TLS，HTTPS运行过程，RSA加密算法，AES加密算法

news 2025/6/21 1:23:43

1、为什么网站要使用安全证书

我们所处的网络环境是复杂多样的，大致分为两类，一类是可信的网络服务商，比如直接连的电信运营商的网络，网线，4G，5G；另一类是不可信的网络，比如WIFI，局域网路由器，网吧，或者使用了网络代理等等，你的数据经过了一个不可控的网络中间节点，而它是可以看到你的所有数据信息，比如网吧网管品行不正，或者你在路边连的免费WIFI设备有恶意程序或中了木马，如果你输了什么用户名密码，如果是HTTP协议，那大概率是会被收集到，因为HTTP是明文传输的。

2、SSL(Secure Socket Layer 安全套接层)

是基于HTTPS下的一个协议加密层，最初是由网景公司（Netscape）研发，后被IETF（The Internet Engineering Task Force - 互联网工程任务组）标准化后写入（RFCRequest For Comments 请求注释），RFC里包含了很多互联网技术的规范！

起初是因为HTTP在传输数据时使用的是明文（虽然说POST提交的数据时放在报体里看不到的，但是还是可以通过抓包工具窃取到）是不安全的，为了解决这一隐患网景公司推出了SSL安全套接字协议层，SSL是介于HTTP和TCP之间的一个协议层，是基于HTTP标准并对TCP传输数据时进行加密，所以HPPTS是HTTP+SSL+TCP的简称。

3、TLS(Transport Layer Security 安全传输层协议)

由于HTTPS的推出受到了很多人的欢迎，在SSL更新到3.0时，IETF对SSL3.0进行了标准化，并添加了少数机制(但是几乎和SSL3.0无差异)，标准化后的IETF更名为TLS1.0(Transport Layer Security 安全传输层协议)，可以说TLS就是SSL的新版本3.1，并同时发布“RFC2246-TLS加密协议详解”，如果想更深层次的了解TLS的工作原理可以去RFC的官方网站：www.rfc-editor.org，搜索RFC2246即可找到RFC文档！

SSL 是指安全套接字层，简而言之，它是一项标准技术，可确保互联网连接安全，保护两个系统之间发送的任何敏感数据，防止网络犯罪分子读取和修改任何传输信息，包括个人资料。两个系统可能是指服务器和客户端（例如，浏览器和购物网站），或两个服务器之间（例如，含个人身份信息或工资单信息的应用程序）。

4、非对称加密

所谓非对称加密，是指一方使用密钥A加密，另一方却能使用密钥B解密。典型的就是公钥私钥系统。公钥加密的数据可以用私钥解密，私钥加密的数据可以用公钥解密，但是公钥加密的数据不能用公钥解密，私钥加密的数据不能用私钥解密。

公钥是给别人的，私钥是自己留着。比如，甲要给乙传输加密信息，那么甲要先拿到乙的公钥，使用此公钥对数据加密传输到乙，乙使用私钥来解密；同样的，如果乙要回复加密信息给甲，也要先拿到甲的公钥才行，因为如果乙使用的自己的私钥来加密，而此私钥对应的公钥是公开的，所以数据毫无保密可言。

常用的算法：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。

5、对称加密

使用同一个密钥，加上一对加密解密算法即可。

常用的算法：DES、3DES、AES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6

6、HTTPS运行过程

在这里插入图片描述

6.1、服务端准备证书

网站运营方去认证机构申请下载证书，里面包含pem文件和key文件，其中pem文件内容就是CERTIFICATE证书，或者称为公钥；key文件内容就是RSA PRIVATE KEY密钥。在nginx中配置上证书的路径，同时将http的请求重定向到https，即将80端口的重定向到https。

当然，也可以自己使用 openssl 程序生成证书和密钥，通过浏览器访问网站的时候会提示“你的连接不是私密连接”，因为浏览器找不到证书的认证机构，但是还是可以继续访问网站。

如果在图中步骤1被中间人拦截了，他给客户端发了自己的公钥证书，那么客户端的请求就相对于被拦截了，所以，客户端一定要验证是否是权威机构办法的证书，已经验证完全通过。

6.2、客户端发起 HTTPS 请求

用户在浏览器里输入一个 https 网址，然后连接到 server 的 443 端口。

6.3、传送证书

这个证书其实就是公钥，只是包含了很多信息，如证书的颁发机构，过期时间等等。

6.4、客户端解析证书

这部分工作是有客户端的TLS来完成的，首先会验证公钥是否有效，比如颁发机构，过期时间等等，如果发现异常，则会弹出一个警告框，提示证书存在问题。

地址栏中https左边点击按钮就能看到证书详情。

在这里插入图片描述

如果证书没有问题，那么就生成一个随机值，此随机数其实就是AES密钥，AES是对称加密算法，后面的数据通讯就是使用AES和这个密钥来加密解密的。

使用证书对该随机值进行加密。

6.5、客户端传送数据

客户端使用AES算法对要传递的数据进行加密得到密文，然后使用RSA公钥对AES密钥和密文进行加密。

6.6、服务端返回数据

服务端收到数据后使用RSA私钥解密，得到AES密钥和密文，然后使用AES算法解密数据，得到明文。

服务端将要返回的数据使用AES加密。

7、RSA加密算法

RSA是一种著名的非对称加密解密算法，包括公钥和私钥，公钥用来加密，私钥用来解密，私钥是保存在服务器上的。

RSA加密解密的速度较慢，因此不会用他来加密数据量大的场景。在https过程中也仅仅用来加密AES的密钥。

RSA签名：首先使用哈希算法，比如sha256，对消息字符串进行哈希运算得到长度较短且固定的字符串，使用RSA私钥对此字符串加密，得到签名字符串，将其附加在消息字符串的合适位置后，一并发送。接收方使用对应的公钥对签名字符串解密得到哈希值，同时对原始消息再计算哈希值，二者相比较，假如两者相符的话，则认为发信人持有正确的私钥，并且这个消息在传播路径上没有被篡改过。

签名是用来确定私钥的持有者身份以及判断内容是否被中间人篡改。比如在支付宝的支付签名中，就用到了两对公钥私钥，客户持有自己的私钥和支付宝的公钥，支付宝持有自己的私钥和客户的公钥，双方相互签名和验签。

8、RSA算法原理

RSA是一种非对称加密算法，是由Rivest、Shamir、Adleman三位数学家的缩写，RSA是目前最有影响力和最常用的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。

今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。到2008年为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。但在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天，RSA加密安全性受到了挑战和质疑。目前1024位和2048位的长度基本上够用了。

RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数（质数又称素数，就是除了1和本身以外，不会再有别的因数）相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为公钥。

8.1、公钥私钥生成过程

随意选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算 n = p * q，这两个数是通过伪随机数生成器生成的。伪随机数生成器不能直接生成质数，它是通过不断的重试得到的。

n 转换成二进制后的长度，就是密钥长度，比如 1024bit， 2048bit。
令 m = (p-1) * (q-1)
随机选择一个小的奇数 e，要求 e与 m 互质，并且 e 小于 m ，比如 e = 65537
接下来计算 d ：(d * e) % m = 1，这里 d 和 e 是模乘法逆元的关系。可以利用欧几里德算法来计算模乘法逆元。
(n，e)为公钥，(n，d)为私钥。

8.2、RSA加密解密

密文 = (明文^e) % n

明文 = (密文^d) % n

8.3、模幂运算

形如 c = (a^b) % p，其中 a, b, p 均为整形。

想要计算出结果，先要解决几个问题，首先a , b, p 可能是非常大的整数，会导致内存溢出，该如何声明。其次就是 a 与 b 的幂运算，如果参数太大也无法直接运算。

对于大整数，比如 9999...999，有100个9，可以使用数组来存储每一个数字，[9, 9, 9,...]

对于幂运算，可以拆解，a^1234 = a^1000 * a^200 * a^30 * a^4，实际会将指数部分表示成二进制的形式

对于模运算，可以根据公式，(a * b) % p = (a % p) * (b % p) % p，证明如下：

假设：
a = Ap +B；b = Cp + D其中 A,B,C,D 是任意常数，那么：
ab = ACp^2 + ADp + BCk +BDab % p = BD % p又因为：
a % p = B；b % p = D所以：
(a % p)(b % p) % p = BD % p