深入講解HTTPS中的加密算法

HTTPS介紹

HTTPS其實是有兩部分組成：HTTP + SSL / TLS，也就是在HTTP上又加了一層處理加密信息的模塊。服務(wù)端和客戶端的信息傳輸都會通過TLS進(jìn)行加密，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是加密后的數(shù)據(jù)。

用途兩種：一種是建立一個信息通道，來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；另一種就是確認(rèn)網(wǎng)站的真實性，凡是使用了 https 的網(wǎng)站，都可以通過點擊瀏覽器地址欄的鎖頭標(biāo)志來查看網(wǎng)站認(rèn)證之后的真實信息，也可以通過 CA 機構(gòu)頒發(fā)的安全簽章來查詢。

前言

密碼學(xué)在計算機科學(xué)中使用非常廣泛，HTTPS就是建立在密碼學(xué)基礎(chǔ)之上的一種安全的通信協(xié)議。HTTPS早在1994年由網(wǎng)景公司首次提出，而如今在眾多互聯(lián)網(wǎng)廠商的推廣之下HTTPS已經(jīng)被廣泛使用在各種大小網(wǎng)站中。在完全理解HTTPS之前，有必要弄清楚一些密碼學(xué)相關(guān)的概念，比如：明文、密文、密碼、密鑰、對稱加密、非對稱加密、摘要、數(shù)字簽名、數(shù)字證書。

密碼(cipher)

密碼學(xué)中的密碼（cipher）和我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的密碼不太一樣，計算機術(shù)語『密碼 cipher』是一種用于加密或者解密的算法，而我們?nèi)粘Ｋ褂玫摹好艽a password』是一種口令，它是用于認(rèn)證用途的一組文本字符串，這里我們要討論的是前者：cipher。

密鑰(key)

密鑰是一種參數(shù)，它是在使用密碼（cipher）算法過程中輸入的參數(shù)。同一個明文在相同的密碼算法和不同的密鑰計算下會產(chǎn)生不同的密文。很多知名的密碼算法都是公開的，密鑰才是決定密文是否安全的重要參數(shù)，通常密鑰越長，破解的難度越大，比如一個8位的密鑰最多有256種情況，使用窮舉法，能非常輕易的破解，知名的DES算法使用56位的密鑰，目前已經(jīng)不是一種安全的加密算法了，主要還是因為56位的密鑰太短，在數(shù)小時內(nèi)就可以被破解。密鑰分為對稱密鑰與非對稱密鑰。

明文/密文

明文（plaintext）是加密之前的原始數(shù)據(jù)，密文是通過密碼（cipher）運算后得到的結(jié)果成為密文（ciphertext）

對稱密鑰

對稱密鑰（Symmetric-key algorithm）又稱為共享密鑰加密，對稱密鑰在加密和解密的過程中使用的密鑰是相同的，常見的對稱加密算法有DES、3DES、AES、RC5、RC6。對稱密鑰的優(yōu)點是計算速度快，但是他也有缺點，密鑰需要在通訊的兩端共享，讓彼此知道密鑰是什么對方才能正確解密，如果所有客戶端都共享同一個密鑰，那么這個密鑰就像萬能鑰匙一樣，可以憑借一個密鑰破解所有人的密文了，如果每個客戶端與服務(wù)端單獨維護(hù)一個密鑰，那么服務(wù)端需要管理的密鑰將是成千上萬，這會給服務(wù)端帶來噩夢。下面就是一個簡單的對稱加密，將明文加密成ASCII。

# 加密的方式：在ASCII的基礎(chǔ)上 + 密鑰的值

def encipher(plain_text, key):
 # 加密
 cipher_text = []
 for c in plain_text:
 cipher_text.append(str(ord(c) + key))

 return ' '.join(cipher_text)

def decipher(cipher_text, key):
 # 解密
 plain_text = []
 for c in cipher_text.split(" "):
 plain_text.append(chr(int(c)+key))
 return "".join(plain_text)


if __name__ == '__main__':
 print "cipher_text:", encipher("abcdef", 0)
 print "plain_text:", decipher("97 98 99 100 101 102", 0)

非對稱密鑰

非對稱密鑰（public-key cryptography），又稱為公開密鑰加密，服務(wù)端會生成一對密鑰，一個私鑰保存在服務(wù)端，僅自己知道，另一個是公鑰，公鑰可以自由發(fā)布供任何人使用?？蛻舳说拿魑耐ㄟ^公鑰加密后的密文需要用私鑰解密。非對稱密鑰在加密和解密的過程的使用的密鑰是不同的密鑰，加密和解密是不對稱的，所以稱之為非對稱加密。與對稱密鑰加密相比，非對稱加密無需在客戶端和服務(wù)端之間共享密鑰，只要私鑰不發(fā)給任何用戶，即使公鑰在網(wǎng)上被截獲，也無法被解密，僅有被竊取的公鑰是沒有任何用處的。常見的非對稱加密有RSA，非對稱加解密的過程：

• 服務(wù)端生成配對的公鑰和私鑰
• 私鑰保存在服務(wù)端，公鑰發(fā)送給客戶端
• 客戶端使用公鑰加密明文傳輸給服務(wù)端
• 服務(wù)端使用私鑰解密密文得到明文

數(shù)字簽名（Digital Signature）

數(shù)據(jù)在瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸時，有可能在傳輸過程中被冒充的盜賊把內(nèi)容替換了，那么如何保證數(shù)據(jù)是真實服務(wù)器發(fā)送的而不被調(diào)包呢，同時如何保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有被人篡改呢，要解決這兩個問題就必須用到數(shù)字簽名，數(shù)字簽名就如同日常生活的中的簽名一樣，一旦在合同書上落下了你的大名，從法律意義上就確定是你本人簽的字兒，這是任何人都沒法仿造的，因為這是你專有的手跡，任何人是造不出來的。那么在計算機中的數(shù)字簽名怎么回事呢？數(shù)字簽名就是用于驗證傳輸?shù)膬?nèi)容是不是真實服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)有沒有被篡改過，它就干這兩件事，是非對稱加密的一種應(yīng)用場景。不過他是反過來用私鑰來加密，通過與之配對的公鑰來解密。

第一步：服務(wù)端把報文經(jīng)過Hash處理后生成摘要信息Digest，摘要信息使用私鑰private-key加密之后就生成簽名，服務(wù)器把簽名連同報文一起發(fā)送給客戶端。

第二步：客戶端接收到數(shù)據(jù)后，把簽名提取出來用public-key解密，如果能正常的解密出來Digest2，那么就能確認(rèn)是對方發(fā)的。

第三步：客戶端把報文Text提取出來做同樣的Hash處理，得到的摘要信息Digest1，再與之前解密出來的Digist2對比，如果兩者相等，就表示內(nèi)容沒有被篡改，否則內(nèi)容就是被人改過了。因為只要文本內(nèi)容哪怕有任何一點點改動都會Hash出一個完全不一樣的摘要信息出來。

數(shù)字證書（Certificate Authority）

數(shù)字證書簡稱CA，它由權(quán)威機構(gòu)給某網(wǎng)站頒發(fā)的一種認(rèn)可憑證，這個憑證是被大家（瀏覽器）所認(rèn)可的，為什么需要用數(shù)字證書呢，難道有了數(shù)字簽名還不夠安全嗎？有這樣一種情況，就是瀏覽器無法確定所有的真實服務(wù)器是不是真的是真實的，舉一個簡單的例子：A廠家給你們家安裝鎖，同時把鑰匙也交給你，只要鑰匙能打開鎖，你就可以確定鑰匙和鎖是配對的，如果有人把鑰匙換了或者把鎖換了，你是打不開門的，你就知道肯定被竊取了，但是如果有人把鎖和鑰匙替換成另一套表面看起來差不多的，但質(zhì)量差很多的，雖然鑰匙和鎖配套，但是你卻不能確定這是否真的是A廠家給你的，那么這時候，你可以找質(zhì)檢部門來檢驗一下，這套鎖是不是真的來自于A廠家，質(zhì)檢部門是權(quán)威機構(gòu)，他說的話是可以被公眾認(rèn)可的（呵呵）。

同樣的， 因為如果有人（張三）用自己的公鑰把真實服務(wù)器發(fā)送給瀏覽器的公鑰替換了，于是張三用自己的私鑰執(zhí)行相同的步驟對文本Hash、數(shù)字簽名，最后得到的結(jié)果都沒什么問題，但事實上瀏覽器看到的東西卻不是真實服務(wù)器給的，而是被張三從里到外（公鑰到私鑰）換了一通。那么如何保證你現(xiàn)在使用的公鑰就是真實服務(wù)器發(fā)給你的呢？我們就用數(shù)字證書來解決這個問題。數(shù)字證書一般由數(shù)字證書認(rèn)證機構(gòu)（Certificate Authority）頒發(fā)，證書里面包含了真實服務(wù)器的公鑰和網(wǎng)站的一些其他信息，數(shù)字證書機構(gòu)用自己的私鑰加密后發(fā)給瀏覽器，瀏覽器使用數(shù)字證書機構(gòu)的公鑰解密后得到真實服務(wù)器的公鑰。這個過程是建立在被大家所認(rèn)可的證書機構(gòu)之上得到的公鑰，所以這是一種安全的方式。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

參考：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%AC%E5%BC%80%E5%AF%86%E9%92%A5%E5%8A%A0%E5%AF%86

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%87%E6%96%99%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A8%99%E6%BA%96

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B8%E4%BD%8D%E7%B0%BD%E7%AB%A0

http://www.guokr.com/post/114121/