【网络安全】https协议的加密方案避免中间人攻击（MITM攻击）导致的数据泄露风险

目录

引言

概念准备

中间人

加密

数据摘要 && 数据指纹

数字签名

密钥加密

中间人攻击

CA证书

https加密的解决方案

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个人主页：东洛的克莱斯韦克-CSDN博客

引言

http在应用层协议中是明文传输协议，它是通信双方传输数据时的一种约定。【网络】HTTP协议-CSDN博客

用http协议传输数据，其数据包在全网内是公开的。在局域网中第三方设备把自己的网卡的工作模式设为混杂模式，或者用一些抓包软件很容易监听并解析出其他人的通信内容，如果涉及一些隐私信息就会造成信息泄露的风险。

而https是在http的基础上做了一层加密，本文探讨https是如何做到加密的。

概念准备

在探讨之前先铺垫一些概念~

中间人

中间人的攻击对象是客户端，在C/S架构或B/S架构中，中间人要窃取的是客户端的数据。

数据包从客户端到服务端需要经过一些中间设备，比如局域网中的路由器，运营商的服务器等等，http协议的数据包并没有加密，而数据包又要经过中间设备，黑客只需劫持一些中间设备或想办法让自己成为中间设备（比如建立假网站）就能轻松拿到客户端的和服务端之间交互的数据包。

下面是让自己成为中间人的几种方式

ARP 欺骗：在局域网中， hacker 经过收到 ARP Request ⼴播包，能够偷听到其它节点的 (IP, MAC) 地址。例， 黑客收到两个主机 A, B 的地址，告诉 B ( 受害者 ) ，自己是 A ，使得 B 在发送给 A 的数据包都被黑客截取

ICMP 攻击：由于 ICMP 协议中有重定向的报文类型，那么我们就可以伪造一个ICMP 信息然后发送给局域网中的客户端，并伪装自己是一个更好的路由通路。从而导致⽬标所有的上网流量都会发送到我们指定的接⼝上，达到和 ARP 欺骗同样的效果

假 wifi && 假网站等

加密

加密就是把 明文 ( 要传输的信息 ) 进行一系列变换 , 生成 密文 。 解密就是把 密文 再进行一系列变换 , 还原成 明文 。在这个加密和解密的过程中, 往往需要一个或者多个中间的数据 , 辅助进行这个过程 , 这样的数据称为 密钥

公开的密钥称为公钥，非公开的密钥称为私钥。

对称加密：用同一个密钥（私钥）加密和解密。 算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼

相关算法：

DES（使用密钥加密的块算法）

三重数据加密算法

BLOWFISH

非对称密钥：用对公钥和私钥进行加密和解密。用公钥加密只能用私钥解密，用私钥加密只能用公钥解密。算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。

数据摘要 && 数据指纹

数字指纹 ( 数据摘要 ), 其基本原理是利用单向散列函数 (Hash 函数 ) 对信息进行运算 , 生成一串固定⻓度的数字摘要。数字指纹并不是一种加密机制, 但可以用来判断数据有没有被篡改。

摘要常见算法：有 MD5 、 SHA1 、 SHA256 、 SHA512 等，算法把无限的映射成有限，因此可能会有碰撞（两个不同的信息，算出的摘要相同，但是概率非常低）

摘要特征：和 加密算法 的区别是，摘要严格意义不是加密，因为没有解密，只不过从摘要很难反推原信息，通常用来进行数据对比

数字签名

摘要经过加密，就得到 数字签名

密钥加密

下面用对称加密和非对称加密结合的方案，假设黑客一定能用中间设备窃取数据

服务端有自己的一对公钥S和私钥S*

客户端向服务端发起请求，获取服务端的公钥S，黑客也一定能拿到公钥S。

客户端在本地生成自己的私钥C，然后用服务端的公钥S加密，即使有中间设备，但该数据包只有服务端的私钥S*解密，私钥C只有客户端和服务端知道，从次双方用私钥C对称加密进行通信，至此通信双方完成密钥协商。

那么这样真的是安全的吗？

并不是，如果黑客一开始就把服务器的公钥S掉包了呢？

中间人攻击

上述方案中并没有让黑客参进密钥协商，假设黑客也有一对自己的公钥M和私钥M*，黑客如果把服务端的公钥S掉包成自己的公钥M给客户会怎么样呢

客户端拿到黑客的公钥M，在本地生成自己的私钥C。用黑客的公钥M加密，然后再向服务器发起请求，黑客很自然的用自己的私钥M*解密，拿到客户端的私钥C，然后用服务端的公钥S加密向服务端发起请求，至此客户端，黑客，服务端都拿到密钥C，客户端和服务端用密钥C进行对称加密通信，但双方并不知道有第三方也拿到了密钥C。

上述通信方案最根本的问题是，客户端无法证明服务器第一次响应的公钥M是不是真的，而公钥M自身也不能证明自己是真的。

只要能证明服务器第一次响应的公钥M是真的，就可以完成密钥协商，然后用对称加密通信，下面就要引入CA证书的概念了。

CA证书

CA证书是由证书颁发机构（Certificate Authority，简称CA）签发的数字证书。它包含了证书申请者的信息（如域名、组织信息等）、公钥信息以及证书颁发机构的签名。证书的作用类似于现实生活中的身份证，它证明了服务端公钥的权威性和可信度，确保了公钥与服务器身份之间的绑定关系。

服务器端在使用HTTPS之前，需要向CA机构申领一份数字证书。这个过程中，服务器会向CA提交证书签名请求（Certificate Signing Request，简称CSR），CSR文件中包含了服务器的公钥信息和一些必要的信息（如域名、组织信息等）。CA机构在收到CSR后，会对申请者的身份和申请信息进行审核。审核通过后，CA会使用自己的私钥对CSR中的信息进行签名，生成最终的数字证书，并颁发给申请者。

CA证书是一个结构化的字符串，其中包含了以下关键信息

证书发布机构：即签发证书的CA机构的名称。

证书有效期：证书的有效时间范围，超过这个时间范围的证书将不再被认为是有效的。

公钥：服务端的公钥信息，这是证书中最核心的部分，用于后续的数据加密和解密。

证书所有者：证书申请者的信息，包括域名、组织名称等。

签名：CA机构使用自己的私钥对证书内容进行签名，确保证书内容的完整性和真实性。

理解CA证书只需理解最核心的两个东西即可

一个是公钥，CA证书里的公钥是服务端的公钥，上文已经提到，CA证书就是为了证明服务端的公钥自身是没有被掉过包的。

那么CA证书怎么能证明服务端公钥的合法性呢？那就是数字签名

CA机构会把证书内容摘要算法比如MD5形成数据指纹，再把数据指纹用CA自己的私钥加密形成数据签名，而客户端会内置CA机构的公钥。

那么客户端一定能辨别证书的真假，有如下场景来解释为什么~

1.黑客只篡改证书内容，但客户端可以通过比对数据指纹来判断证书是否被修改过。

2.黑客篡改证书内容的同时重新用摘要算法形成数据指纹，但黑客没有给证书签名的能力，因为只有CA机构才有私钥。

3.黑客拿真证书掉包，但客户端可以比对公钥，域名，法人信息等判断证书的合法性。

CA证书有自证的能力，那么CA证书中服务器公钥也有自证能力，下面就是https的加密方案。

https加密的解决方案

https采用非对称加密 + 对称加密 + 证书认证的方案进行密钥协商