万字长文，带你彻底搞懂 HTTPS（文末附实战）

大家好，我是满天星，欢迎来到我的技术角落，本期我将带你一起来了解 HTTPS。

前言

其实网上写 HTTPS 的文章也不少了，但是不少文章都是从原理上泛泛而谈，只讲概念，没有讲原因，作为小白，看完还是会有一种似懂非懂的感觉。
本文尝试从 HTTP 开始，一步一步深入到 HTTPS，告诉你 HTTPS 到底是什么、为什么需要 HTTPS、以及 HTTPS 到底是怎么做的。相信你在阅读完本文后，一定会对 HTTPS 有深入的了解。
纸上得来终觉浅，除开原理部分外，本文还提供了 HTTP 和 HTTPS 的实战教程，帮助你从 0 开始搭建一个 HTTPS 加密的 Web 服务器，如果按照实战教程一步一步走下来，那么你将对 HTTPS 有更进一步的把握。
好了，废话不多说，直接进入正题吧。
什么是 HTTPS ？一句话，HTTPS = HTTP + SSL。HTTPS 并不是一个全新的协议，而是在 HTTP 的基础上，通过 SSL 增加了一层加密协议，从而大大增加了 HTTP 协议的安全性。
所以在正式了解 HTTPS 之前，我们需要先了解 HTTP。

1. HTTP

HTTP 全称超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol），是一种广泛用于互联网中浏览器与服务器之间的应用层传输协议。简单来说，浏览器向服务器发送 HTTP 请求，服务器向浏览器返回 HTTP 响应，两者之间通过这种方式进行“交流”，来使得我们的浏览器可以正常从服务器端获取数据，并展示在用户的电脑屏幕上。

以访问 http://httpbin.org网址为例，一个典型的 HTTP 请求如下所示：

GET / HTTP/1.1
Accept: text/html,...
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Cache-Control: no-cache
Connection: keep-alive
Host: httpbin.org
Pragma: no-cache
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/112.0.0.0 Safari/537.36

GET 表示请求方法，常见的 HTTP 请求方法有 GET、POST、PUT、DELETE 等...
GET 后面的 /表示请求路径，这里我们访问的根路径，所以显示为 /。如果你访问 httpbin.org/get的话，这里显示的就是 /get了
HTTP/1.1 表示使用的 HTTP 协议版本，现在常用的有 HTTP/1.1 和 HTTP/2，当然还有更先进的 HTTP/3，这里就不过多展开了
下面的 9 行全部都是 HTTP header，每一个 header 包含 name 和 value，之间用冒号分隔开。

一个典型的 HTTP 响应如下所示

HTTP/1.1 200 OK
Date: Sat, 08 Apr 2023 16:28:43 GMT
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 9593
Connection: keep-alive
Server: gunicorn/19.9.0
Access-Control-Allow-Origin: *
Access-Control-Allow-Credentials: true

body...

HTTP/1.1 指的协议版本，响应和请求的协议版本是一致的
200 OK 代表返回的响应码，表示这个响应是符合预期的。另外还有非常常见的返回码 404 NOT FOUND ，大家应该或多或少听说过，它表示服务器告诉你你访问的这个资源不存在
后面 7 行全部是 HTTP header，同样每一个 header 包含 name 和 value，之间用冒号分隔开。
最后是 HTTP Body，也就是响应体，即服务器返回给你的内容主体，浏览器正是根据响应体来渲染页面的

由于本文重点不在 HTTP，这里不再详细介绍各个部分的作用。
如果你对 HTTP 还不太了解的话，我在本文附录部分准备了一份 HTTP 实战，建议你跟着实操一遍，了解下 HTTP 的基本结构。当然，这部分内容比较基础，如果你已经对 HTTP 比较熟悉的话，这部分可以跳过了。

2. 为什么需要 HTTPS

上面简单讲了一下 HTTP。在正式讲 HTTPS 之前，首先我们要搞清楚 HTTP 的缺点是什么，为什么需要 HTTPS。
我们知道，HTTP （除了最新的 HTTP/3 外），传输层是基于 TCP 协议的。TCP 建立连接时，有三次握手。三次握手完毕之后，TCP 连接就顺利建立了，接下来两端将会传输数据。
对于普通的 HTTP 协议，在建立完 TCP 连接之后，就直接开始传输数据了，这时候数据是明文传输的，这也是 HTTP 最不安全的地方。
明文传输是什么概念呢？我们知道，浏览器和服务器之间，是存在很长一条路线的，你在家里通过浏览器访问网页的时候，数据会从你的电脑，传到你家里的路由器，再到光猫，到运营商，到互联网....直到最后才到服务器。在明文传输下，理论上来讲，浏览器和服务器之间的任一节点，包括你家里的路由器、包括你购买宽带/流量的运营商，都可以“窃听”你们的数据，甚至还可以修改数据。
听起来不够直观？打个比方，近代时期，战场上打仗时，部队之间会通过电台进行交流。如果通过明文进行交流，那么非常危险，敌军可以打开电台进行窃听，偷取你的军事情报，这样的事也屡见不鲜了...那么他们是如何解决这个问题的呢？两个部队之间提前约定一个加密的方案，在传数据之前，先把它进行加密再传输，另一端收到数据之后，按照事先约定的方案进行解密，然后读取就可以了。这样即使敌军开始窃听，也只能听到加密后的情报，如果无法对其破解的话，得不到任何有效信息。
没错，这就是 HTTPS 的思想，浏览器在发送 HTTP 请求之前，先通过某种方式对其进行加密，然后再进行传输。服务器端收到数据之后，对其解密，读取真实内容，生成 HTTP 响应，同样对响应进行加密，然后传回给浏览器，浏览器收到数据之后，对其进行解密，得到真正的 HTTP 响应。这样就可以保证数据在传输过程中的安全性，无论是路由器还是运营商，都没有办法“窃听”你们的数据了。
说到这里，想必你已经知道 HTTPS 的一大作用了，它可以保证数据在互联网上传输的安全性，避免中间节点进行窃听和修改。
当然，聪明的你还可能会想到一些问题，例如：

战场上军队之间是提前约定好加密方案的，但是咱们任意一个浏览器都可以随时访问网页，没有办法提前约定加密方案呀，那是怎么做到的呢？
战场上经常出现敌军对另一方部队之间的电台加密进行破解的事情，破解完成之后，还是能够窃听到数据，那 HTTPS 的这个加密方案到底安全吗，会被破解吗？

别急，这些问题，你都可以在本文中得到答案。

3. HTTP + SSL = HTTPS ！

上面提到了对 HTTP 进行加密的思想。在 HTTPS 的具体实现中，这个加密方案即是大名鼎鼎的 SSL（Secure Sockets Layer）。
定义：SSL（Secure Sockets Layer）是一种安全协议，用于在互联网上保护数据的传输安全。它工作在传输层，主要功能是通过加密技术，保护不同计算机之间的数据传输过程，防止敏感数据被黑客窃取和篡改。SSL 协议可以用于保护网站的用户登录、信用卡支付、网上银行等敏感信息的传输，以及企业之间的机密数据的传输。SSL 协议目前已经被继承为 TLS（Transport Layer Security），是一种安全性更高的传输层协议。所以，下面我将统一以 TLS 为名称进行讲解。
首先，划重点，TLS 中有 Transport Layer，顾名思义，它一定是工作在传输层了。上面提到过，HTTP 是应用层协议，传输层和应用层的概念，想必大家应该知道吧，计算机网络的事实标准中，自顶向下可以分为五层：应用层、传输层、网络层、链路层、物理层...这是《计算机网络》的基础，这里不过多展开，不熟悉的同学，要回去重修一下课程了。
我们知道，TCP 协议里有三次握手，三次握手成功后连接才算建立，接下来才会真正开始传输数据。传统的 HTTP 协议中，三次握手成功之后，就会直接开始明文传输 HTTP 数据了。
那么 TLS 是什么时候开始发挥作用的呢？答案很简单，在三次握手之后，传输数据之前。
也就是说，在 TCP 协议中加入 TLS 之后，三次握手成功之后就不会再立刻开始传输数据了，而是紧接着开始 TLS 的建立过程，也被称为 TLS 握手。
TLS 握手是干嘛呢？或者说为什么需要 TLS 握手呢？上面提到，在战场上，两个部队之间会提前约定好加密的方案，例如面对面用纸互相写下加密方案，然后在一段时间之内的电台通信统一用这个加密方案，这样能一定程度上保证电台通信的安全性。但是 TLS 中我们并没有这样一个“面对面”的机会，咱们总不可能在访问网页之前，人肉跑到服务器的维护者那边去跟他约定加密方案吧。出于这个目的，TLS 握手便出现了。所以我们可以说，TLS 握手的目的是给通信双方约定一个安全的加密方案（可以理解为商量一个只有双方知道的加密密钥）。
知道了 TLS 握手的目的，接下来我们需要知道它具体是怎么做的。首先，我们肯定不能直接明文传输加密方案（密钥），不然这个密钥在传输过程中就直接被第三方获取了，那么加密将没有任何意义。也就是说，TLS 握手需要做到：通信双方可以约定一个共同的加密方案（密钥），并且这个约定的过程（即 TLS 握手过程），即使被任何第三方窃听到，也无法解析出这个加密方案（密钥）。
是不是听起来很神奇，那到底是怎么做到的呢？这就不得不提到密码学中非常经典的两个概念：对称加密和非对称加密。

4. 对称加密，非对称加密

对称加密是 TLS 握手成功后，通信双方之间采用的数据加密方案。现在的主要问题是：通信双方如何安全的商量好这个对称密钥，防止密钥被其他人窃取？
这时就需要轮到非对称加密出场了。什么是非对称加密呢？与对称加密不同，非对称加密方案中，用户手握两把密钥，一把称为公钥，一把称为私钥，其中公/私钥都可以用来加密/解密数据，但是：用公钥加密后的数据，只有用私钥才能将其解开；用私钥加密后的数据，只有用公钥才能将其解开！

这里只介绍了非对称加密的特点，并没有介绍其原理，因为这属于密码学的范畴了，展开来讲又是一篇文章。简单说说其思想吧，目前流行的非对称加密算法 RSA 基于的原理其实就一句话：我们目前还没有很好的办法对一个很大的数做因式分解，例如你在心里默默想一个很大的质数 p 和质数 q，算出其乘积 n，那么向外公开 n 的话，外部人员是很难找出 p 和 q 的（只能暴力尝试，而当这样的数够大够多的时候，以现在的计算机算力也需要几百上千年的时间才能破解了）。对密码学感兴趣的同学，可自行进一步了解。
有了非对称加密，事情就变得有意思起来了。见下图，服务器端用非对称加密方案生成一对公/私钥，私钥掌握在自己手里，谁也不告诉；在 TLS 握手的过程中，服务器将自己的公钥交给浏览器端，浏览器端在心里默默想出一个对称加密的密钥后，将这个密钥用服务器端的公钥进行加密，然后再传回给浏览器端；浏览器端收到这个数据之后，用自己的私钥将其进行解密，就能够得到刚才浏览器心里默念的那个对称密钥了。这样这个问题就完美的解决了，两边可以心有灵犀的拿到这个对称密钥，而不用担心被任何第三方窃取到了。

这就是 TLS 握手的过程吗？不，当然没这么简单了，我们还没有考虑一个非常巧妙的攻击手段：中间人攻击。

5. 中间人攻击

具体什么是中间人攻击呢？看下面这张图

假设现在我们从电脑上访问百度，如果有一个中间人在我的路由器端，或者运营商端，或者任何一个中间节点上截取了我的请求，刚不是提到服务器端需要返回给我们公钥吗，中间人他自己也生成一套公/私钥，然后将自己的公钥返回给我，这样我就与中间人之间建立了一条我以为“安全”的连接了，此时我以为我连接的是百度服务器，其实我连接的是中间人...那么此时中间人可以做任何事情了，如果他人品比较好的话，他可以默默当一个代理，我要访问百度，他就去帮我访问百度，然后把结果返回给我，勤勤恳恳做一个“中间商”。当然，我们知道做这种攻击的人人品往往不会太好，所以他们可以做更坏的事情，例如伪造一个银行网页返回给我，让我填写账号和密码，这样的话...后果就不堪设想了。
那么如何防止中间人攻击呢？其中的核心就是：我们需要保证我们访问的就是目标服务器，例如，当我们访问百度时，我们需要确保在 TLS 握手时，给我们公钥的人就是百度，而不是任何其他人。
那么这个应该如何去保证呢？这就不得不提到接下来的几个概念了，数字证书，以及证书权威机构（Certificate Authority，简称 CA）。

6. 数字证书、CA

数字证书是由证书权威机构（CA）颁发的一个用于证明身份的证书，当然其中还包含了该用户的公钥等信息。例如还是以百度为例，假设百度需要给 www.baidu.com这个域名申请一个数字证书，他需要在生成公钥/私钥后，将自身的信息（包括域名、公司名称、公钥信息等）发给某个证书权威机构（CA），让 CA 给自己颁发一个数字证书。CA 需要验证百度的真实身份，并且他确实拥有 www.baidu.com这个域名，一切都验证通过后，CA 才会给百度颁发这么一个数字证书。那么之后，不管是谁用浏览器访问 www.baidu.com的时候，百度都会将刚才那个 CA 颁发的数字证书发送给用户，既可以用来自证身份，同时还顺便告诉了用户自己的公钥。
到这里你可能还会有几个疑问：

数字证书如何保证不能伪造呢，难道中间人不能伪造一个数字证书发送给用户吗？
即使数字证书不能被伪造，从概念上看他是公开的，难道中间人不能直接把这个证书颁发给用户吗？

下面会一一回答这几个问题。正式回答之前，先来看看数字证书里究竟有哪些内容。
既然上面提到百度，我们就以百度为例，我们使用浏览器访问百度，可以在地址栏左边看到一个小锁，点击后，就可以查看百度的数字证书

图中可以看到该证书的一些基本信息：

颁发对象：这个证书是颁发给百度的，并且只对域名 (www.)baidu.com 有效
颁发者：这个证书是由 GlobalSign 颁发的。（GlobalSign是一家全球知名的证书权威机构）
有效期：这个证书的有效期是从 2022 年 7 月到 2023 年 8 月。（一旦过期，证书将不被信任）
指纹：指纹是整张证书经过哈希计算后得到的特征值，主要与后面会提到的签名一起工作，起到防篡改的作用

当然，一张数字证书的内容远远不止于此，例如还包含了服务器的公钥，可以在“详细信息”中进行查看。
下面我们在证书详细信息中点击“导出”，将证书导出为 Base64 编码的单一证书，然后使用 openssl 对其进行解析和查看

$ openssl x509 -noout -text -in baidu.com.cer
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            44:17:ce:86:ef:82:ec:69:21:cc:6f:68
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=BE, O=GlobalSign nv-sa, CN=GlobalSign RSA OV SSL CA 2018
        Validity
            Not Before: Jul  5 05:16:02 2022 GMT
            Not After : Aug  6 05:16:01 2023 GMT
        Subject: C=CN, ST=beijing, L=beijing, OU=service operation department, O=Beijing Baidu Netcom Science Technology Co., Ltd, CN=baidu.com
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                RSA Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    00:aa:2f:cc:41:8d:25:ae:83:e9:f4:27:c4:00:b3:
                    39:6f:0e:98:2a:55:7d:07:e5:80:49:82:fa:d3:d3:
                    85:98:b5:df:7b:6f:bb:02:dd:ed:78:e4:0c:07:2b:
                    9e:1e:86:4b:f6:6a:86:58:d7:57:6f:21:59:11:d8:
                    6f:96:6e:d2:de:36:28:f6:b4:e3:ce:95:32:29:00:
                    c1:65:8e:69:b0:00:fe:52:37:f4:88:3f:8b:6d:0f:
                    bb:f0:ec:c5:c0:31:ef:ad:b5:0c:06:66:ad:be:dc:
                    43:13:c4:66:b0:5d:cf:56:53:e2:d1:96:82:1c:06:
                    bb:9b:5f:ed:60:8d:d2:ed:f3:d2:50:ee:bb:cd:b2:
                    36:97:c8:ce:7b:d2:4b:b7:5c:b4:88:ca:37:6e:8b:
                    ce:f9:96:fd:b4:f5:47:b5:20:77:bb:fc:a8:9d:81:
                    b2:6c:f8:c7:09:6a:dd:22:6e:83:3f:a7:53:df:f1:
                    da:2f:29:6b:22:c3:e9:1d:65:e8:c5:a0:ba:13:4e:
                    16:3f:03:93:f0:a5:59:8a:1a:80:e8:27:7d:49:23:
                    df:d1:f9:4b:97:b7:01:c4:19:f5:f1:c5:ff:91:33:
                    d0:a1:74:c6:ee:d4:cf:f6:38:0c:ed:bd:5e:aa:44:
                    fb:88:f7:7b:99:70:76:34:55:7e:55:d2:0f:9e:bf:
                    94:93
                    
  	... (中间省略）
   
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         63:21:07:23:47:06:eb:b3:7c:77:6c:df:bc:55:12:b9:f1:5e:
         6a:04:60:16:be:d0:0b:18:9c:94:0c:a8:82:08:25:0d:26:fb:
         dd:cb:fc:8c:27:d9:0c:fa:4a:b6:31:b6:67:f0:26:2c:0d:96:
         96:39:65:3f:d9:a1:ee:de:9c:10:4d:54:e1:c8:d6:a9:0e:77:
         db:00:e2:37:e3:3f:b4:9c:31:4f:ac:74:d3:22:12:53:36:d0:
         ef:18:07:2d:8e:d0:e6:91:b2:6c:4a:5e:39:53:14:58:4e:d1:
         50:04:c9:83:7e:0d:7b:15:96:87:11:d7:5d:4a:17:ac:aa:9f:
         84:e3:a8:24:9d:d6:17:77:26:8c:9f:7a:7b:18:da:39:2f:77:
         f7:2b:c7:23:b8:97:6f:c3:d1:72:4c:7e:fc:c6:0d:cc:73:38:
         19:81:fb:e7:c1:7a:e8:b9:1d:3a:05:dc:36:04:9b:f1:f0:e1:
         a6:47:a0:30:4f:55:90:6c:da:cf:9e:b2:76:12:11:a1:5c:b6:
         61:8d:15:a4:68:65:9a:57:2f:7a:6e:a3:1f:f5:b4:92:5a:3c:
         df:71:0a:cd:57:d4:d0:15:36:7e:ba:d5:03:25:27:45:b4:60:
         cd:2e:02:c1:0f:0a:e7:41:6f:58:69:20:9e:ad:47:52:1a:b5:
         e6:e5:8d:1d

可以看到，除了上面 Chrome 里显示的一些基本信息外，证书里还包含了几个重要信息：

服务器端的公钥，即上面 RSA Public-Key 下面的那一长串数字，就是百度的公钥了。
签名，证明数字证书有效的关键信息。如果把数字证书类比成一张合同的话，我们知道合同需要老板签字才算有效，同样，数字证书是需要 CA 签名才算有效的，这里的一长串字符就是 CA 对该证书的“签名”了。

我们知道合同上的签名是靠笔迹鉴定来确认真伪的，很明显这一长串字符里没有笔迹，那它是如何保证该签名是 CA 颁发的，而不是被其他人伪造的呢？
上面我们提到，每一张数字证书有一个指纹，是将整张证书经过哈希运算后得到的特征值。CA 作为权威机构，其本身也是有一对公钥/私钥的，它在颁发数字证书的时候，会用自己的私钥对证书的指纹进行加密，生成的这段加密数据，就是该证书的签名了！那么我们浏览器是如何验证证书的真伪呢？我们只需要使用 CA 的公钥对签名进行解密，看看得到的值是不是跟证书的指纹是一样的，这样就 OK 了，只要是一样，说明这个证书一定是 CA 颁发的。
那么，又有问题来了：我们浏览器是从哪里拿到 CA 的公钥呢？总不能还是通过网络传输吧，这样就有“套娃”的中间人攻击风险了。所以啊，我们的浏览器或操作系统已经内置了世界权威的 CA 的数字证书（证书里就包含了其公钥）了，点击浏览器的设置 -> 隐私设置和安全性 -> 安全 -> 管理设备证书，可以查看当前系统内置的所有 CA 证书。

上图是我的电脑中内置的 CA 证书。刚刚提到了百度的数字证书是由 GlobalSign 颁发的，这里也可以验证，GlobalSign 是被我们的操作系统所信任的 CA，并且我们已经将它的证书内置在操作系统中了。因此现在我们可以认定说，这个证书是值得信任的，与我们建立连接的就是百度，不是别人。

你可能会想，如果中间人将百度真实的数字证书返回给我呢？中间人是没有百度的私钥的，所以当我们提取出证书中的公钥，并对心里想的密钥进行加密后，中间人是解不开这个密钥的，所以中间人无论如何也无法与我们建立连接。

好了，数字证书的内容已经全部讲述完毕了，最后回过头来复习下前面提到的两个问题：

数字证书如何保证自身不会被伪造？

数字证书中有一段签名，该签名是 CA 使用其私钥对证书指纹进行加密后得到的值，我们浏览器使用 CA 的公钥对该签名进行解密后，与该证书的指纹进行对比，就可以知道证书是否被篡改或者伪造了。
当然，这里要多提一嘴，我们作为客户端，需要保证自己的电脑里保存的都是值得信任的 CA 根证书，因为信任某 CA 就代表信任了该 CA 颁发的所有数字证书，如果有人/软件想在你的电脑里安装来历不明的 CA 证书，那你就要保持警惕了...

如果中间人直接把真实的数字证书返回给我，它能够成功与我建立连接吗？

答案是不行的。这个问题其实比较简单，刚刚提到，服务器端除了公钥外，自身还保存有一份私钥的，而中间人是拿不到这个私钥的，因为它被服务器雪藏起来，不会发送到互联网中的...那么如果中间人用服务器的证书返回给用户，用户采用服务器的公钥对自身默念出来的对称密钥进行加密后，返回给中间人的时候，中间人就一脸懵逼了，因为这个密钥它解不开呀，它没有私钥的，所以这个问题就完美解决了。

7. TLS 握手具体过程

最后，我们再完完整整讲一下 TLS 握手的具体流程。

上图来自 www.ssl.com，展示了整个握手流程，我用大白话解释一下：

客户端向服务器发送 Client Hello 信息，告知自己想要建立一条 TLS 连接，并告知自己支持的加密算法。
服务器向客户端发送一个 Server Hello 的回应，并选择一个加密算法，同时给客户端发送自己的数字证书（包含服务器的公钥）。
客户端验证服务器发来的数字证书，验证通过后，在心里默默想出一个 pre-master 密钥（预主密钥），然后使用服务器的公钥，将预主密钥进行加密后，发送给服务器。
服务器用自己的私钥进行解密，得到预主密钥。
客户端和服务器都通过预主密钥，进行相同的计算后，得到后续通信时使用的对称加密密钥，称为 shared secret。
客户端和服务器端都分别用生成的 shared-secret 加密一段报文后，发送给对方，以验证对方能够成功收到信息并解密。
然后 TLS 就建立成功了，接下来双方都用这个 shared-secret 进行加密通信。

总结一下，HTTPS 的加密过程中其实既用到了非对称加密也用到了对称加密，其中握手过程使用的是非对称加密，主要目的是双方可以安全的协商一个统一的密钥，而真正的数据传输过程则使用的是对称加密，正是使用刚才商量的这个密钥。
你可能会问，为什么不全程使用非对称加密呢？因为对称加密效率更高，尤其是在大量数据的时候，对称加密比非对称加密整整快几个数量级，所以真正数据传输的过程选用了对称加密。
到这里，HTTPS 的原理就已经全部介绍完毕了。大家如果还有什么疑问，欢迎在评论区留言讨论。

8. 总结

最后，我们总结一下，HTTPS 解决了两个问题：

数据传输过程中的安全问题，因为它对数据进行了加密，只有浏览器和服务器可以对其进行解密。
浏览器对服务器的信任问题，数字证书以及其中的数字签名，保证了我们访问的就是我们想要访问的服务器，不可能被钓鱼网站欺骗，也不可能被中间人攻击所欺骗。

当然，保证以上安全的前提是我们的电脑本身没有被攻破，如果你的电脑被黑客攻击，装上了来历不明的根证书，那么 HTTPS 也不能保障你的安全了。

附录一：HTTP 实战

这里的实操部分针对不太熟悉 HTTP 的同学，熟悉的同学请直接跳过...

在浏览器（建议 Chrome）中访问httpbin.org，并使用开发者工具进行观察

点击 Request Headers 后面的 View source，可以看到原始的 HTTP 请求报文，摘抄如下

GET / HTTP/1.1
Accept: text/html,...
Accept-Encoding: gzip, deflate
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9
Cache-Control: no-cache
Connection: keep-alive
Host: httpbin.org
Pragma: no-cache
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/112.0.0.0 Safari/537.36

其中：

GET 表示请求方法，常见的 HTTP 请求方法有 GET、POST、PUT、DELETE 等...
GET 后面的 /表示请求路径，这里我们访问的根路径，所以显示为 /。如果你访问 httpbin.org/get的话，这里显示的就是 /get了
HTTP/1.1 表示使用的 HTTP 协议版本，现在常用的有 HTTP/1.1 和 HTTP/2，当然还有更先进的 HTTP/3，这里就不过多展开了
下面的 9 行全部都是 HTTP header，每一个 header 包含 name 和 value，之间用冒号分隔开。

当然，点击 Response Headers 后面的 view source，你就可以看到服务器返回给你的 HTTP 响应头是怎么样的了

HTTP/1.1 200 OK
Date: Sat, 08 Apr 2023 16:28:43 GMT
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 9593
Connection: keep-alive
Server: gunicorn/19.9.0
Access-Control-Allow-Origin: *
Access-Control-Allow-Credentials: true

body...

HTTP/1.1 指的协议版本，响应和请求的版本肯定是一样的了
200 OK 代表返回的响应码，表示这个响应是 OK 的。另外还有非常常见的返回码 404 NOT FOUND ，表示服务器告诉你你访问的这个资源不存在...
后面 7 行全部是 HTTP header，同样每一个 header 包含 name 和 value，之间用冒号分隔开。
最后是 HTTP Body，也就是响应体，在 Response Header 里是看不到了，不过点击上面 Tab 页的 Response 后，就可以看到完整的响应体了。

由于本篇文章的重点不在 HTTP，这里就不再过多展开，非常建议大家平时使用浏览器访问网页的时候，有事没事多打开下上面的开发者工具，看看 HTTP 到底是怎么工作的，说不定，还能找到一份工作呢...

（访问百度时，开发者工具中的小彩蛋）

当然，作为程序员，还是希望有更“极客”的方式来了解 HTTP 协议，这时候就要用到 curl命令了
终端里输入 curl -v httpbin.org，可以看到整个 HTTP 交互的流程

附录二：数字证书实战

这部分实战教程将带你体验 HTTPS 的全流程，从证书生成、到 HTTPS 服务器建设、到最后的浏览器访问。教程将从以下三个方面进行：

首先利用 openssl工具，模拟一个证书权威机构（CA），生成 CA 证书以及密钥。
然后利用 openssl工具，模拟 techcorner.cn网站的维护者，向上面的 CA 机构申请一个数字证书
使用 Nginx 搭建自己的 HTTPS 服务器，并使用上面生成的服务器证书。
使用浏览器访问自己搭建的 HTTPS 服务器，体会全加密流程。

值得一提的是，网上也有不少利用 openssl 生成证书的教程，但是它们质量参差不齐，绝大多数都无法生成一个浏览器识别的、能够真正用在生产环境中的证书。而本教程是我查阅官方文档、并且亲自试验过的教程，绝对有效。

实战前，你需要准备：

Mac / Linux 服务器
安装 openssl 工具、以及 Nginx 。

1. 生成 CA 证书

我们知道服务器拿到的数字证书都是从 CA 那边颁发的，所以首先我们需要模拟出一个 CA 机构，即生成 CA 证书以及密钥。
首先生成 CA 私钥（公钥可以从私钥中提取而来）

# 生成 CA 私钥 
openssl genrsa -out ca.key 2048

然后生成证书签发申请文件

# 生成证书签发申请文件（.csr）
openssl req -new -key ca.key -out ca.csr -subj '/C=CN/ST=Zhejiang/L=Hangzhou/O=Tech_Corner/CN=ROOTCA'

-subj 后面的参数代表了生成证书的基本信息，包括国家、省份、城市、公司名称等。CN=ROOTCA，代表是准备申请一个根证书。
然后根据上面生成的私钥和证书申请文件，自签一个根证书

# 自签一个根证书
openssl x509 -req -days 365 -sha256 -extensions v3_ca -signkey ca.key -in ca.csr -out ca.cer

总结一下，以上命令，一共生成了三个与 CA 有关的文件：

ca.key：CA 私钥
ca.csr：CA 为自己签发证书的请求。（该文件的作用是生成 CA 证书，生成之后不会再用到）
ca.cer：CA 为自己签发的证书

可以用 openssl 命令，查看下申请的证书信息

$ openssl x509 -in ca.cer -text -noout
Certificate:
    Data:
        Version: 1 (0x0)
        Serial Number:
            92:63:8f:e3:23:97:e1:c6
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=CN, ST=Zhejiang, L=Hangzhou, O=Tech_Corner, CN=ROOTCA
        Validity
            Not Before: Apr 11 15:39:56 2023 GMT
            Not After : Apr 10 15:39:56 2024 GMT
        Subject: C=CN, ST=Zhejiang, L=Hangzhou, O=Tech_Corner, CN=ROOTCA
        ... 以下省略

2. 生成服务器证书

接下来，我们模拟网站 techcorner.cn的维护者，想要为自己的网站申请一个数字证书，所以我们需要向上面模拟的 CA 来申请证书。
同样，我们首先生成一个自己的私钥。

openssl genrsa -out server.key 2048

然后，生成一个证书签发申请文件

openssl req -new -key server.key -out server.csr -subj '/C=CN/ST=Zhejiang/L=Hangzhou/O=Tech_Corner/CN=techcorner.cn'

注意，这里 -subj中有一个很重要的参数是 CN=techcorner.cn，它代表我们生成的证书，只签发给这个域名。换句话说，其他的域名如果使用这个证书，会被浏览器判断为无效。
以上证书签发申请文件（server.csr) 发送给 CA 后，CA 会对其做一些验证，例如验证申请者本身是不是符合资质，是不是确实拥有这个域名，等等。都确认完毕后，CA 才会决定给用户颁发这个证书。（CA 必须维护自己的权威性，随便颁发证书的 CA 将被世界所抛弃，已经有这样的先例了）
CA 为其颁发证书的命令，可模拟如下

openssl x509 -req -extfile <(printf "subjectAltName=DNS:techcorner.cn,DNS:www.techcorner.cn") -days 365 -in server.csr -CA ca.cer -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.cer

其中比较有意思的是 -extfile后面填写的 subjectAltName=...这一串，这其实是 X509 V3 证书里面的字段，对于普通的 TLS 加密，他可能不是必须的，但是对于 HTTPS，尤其是浏览器来说，它会额外对这个字段进行校验，确保其中存在当前访问的域名，否则即使 CN满足，浏览器同样不会信任这个证书！（网上很多教程都没有注意到这个地方，导致最后生成的证书不可用）
得到的服务器证书为 server.cer。同样可以使用 openssl 查看证书

$ openssl x509 -in server.cer -text -noout
Certificate:
    Data:
        Version: 1 (0x0)
        Serial Number:
            80:56:02:4d:21:ff:5e:60
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C=CN, ST=Zhejiang, L=Hangzhou, O=Tech_Corner, CN=ROOTCA
        Validity
            Not Before: Apr 11 15:52:10 2023 GMT
            Not After : Apr 10 15:52:10 2024 GMT
        Subject: C=CN, ST=Zhejiang, L=Hangzhou, O=Tech_Corner, CN=techcorner.cn
...以下省略

上面可以看到该证书的基本信息（Subject），以及颁发者信息（Issuer）等。

3. 启动 Nginx，并使用上面生成的服务器证书

编辑 nginx.conf，添加 HTTPS 端口的监听

server {
   listen       443 ssl;
   server_name  techcorner.cn;

   ssl_certificate      /path/to/server.cer;
   ssl_certificate_key  /path/to/server.key;

   ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
   ssl_session_timeout  5m;

   ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
   ssl_prefer_server_ciphers  on;

   location / {
       root   html;
       index  index.html index.htm;
   }
}

ssl_certificate的值修改为上一步生成的 server.cer 的绝对地址
ssl_certificate_key的值修改为上一步生成的 server.key 的绝对地址

然后启动 Nginx。
启动完毕后后，通过浏览器访问 https://localhost:443访问 Nginx

可以看到浏览器给出了不安全的警告，这是符合预期的，因为我们使用的证书是自己使用 openssl 签发的，CA 机构也是自己模拟的，并不在电脑的信任列表中。
如果想要正常访问，可以在系统的根证书列表中，将我们自己模拟的 CA 证书添加进去（Mac 系统中，将根证书 ca.cer拖入钥匙串访问的系统中即可，并对其进行 “始终信任”）。

这个 CA 证书是我们自己生成的，只要我们自己不泄漏其私钥，那么将是安全的

使用浏览器重新访问 https://localhost:443，得到如下结果

可以发现仍然是不安全的状态，不过这时错误代码已经变了，刚才是 ERR_CERT_AUTHORITY_INVALID，意思是颁发证书的 CA 机构无效。
而现在错误变成了 ``ERR_CERT_COMMON_NAME_INVALID，这是什么意思呢？它其实是说证书的 CN和我们访问的地址不匹配，怎么理解呢？还记得我们创建该证书的时候，里面包含了CN=techcorner.cn，意思是这个证书只能被 techcorner.cn这个域名使用，现在我们访问的是 localhost，显然他们是不匹配的，因此证书无效。虽然我们没有购买该域名的使用权限，但是可以通过在本地修改 hosts 的方式，强行将 techcorner.cn解析为本机地址 127.0.0.1。具体方式为，修改本机的 /etc/hosts文件，在文件末尾增加一行 127.0.0.1 techcorner.cn添加完毕后，再次使用浏览器访问https://techcorner.cn`

可以发现，Chrome 提示连接是安全的，证书是有效的

Perfect，恭喜你，到这里，实战部分就结束了，你已经成功体验了 HTTPS 的全部内容。

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posted @ 2023-04-14 23:20 技术角落阅读(0) 评论(0) 编辑收藏举报

万字长文，带你彻底搞懂HTTPS（文末附实战）

万字长文，带你彻底搞懂 HTTPS（文末附实战）

前言

1. HTTP

2. 为什么需要 HTTPS

3. HTTP + SSL = HTTPS ！

4. 对称加密，非对称加密

5. 中间人攻击

6. 数字证书、CA

7. TLS 握手具体过程

8. 总结

附录一：HTTP 实战

附录二：数字证书实战

1. 生成 CA 证书

2. 生成服务器证书

3. 启动 Nginx，并使用上面生成的服务器证书

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4. 对称加密，非对称加密

5. 中间人攻击

6. 数字证书、CA

7. TLS 握手具体过程

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2. 生成服务器证书

3. 启动 Nginx，并使用上面生成的服务器证书

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