加密与安全_HTTPS TLS 1.2 连接（RSA 握手）的整个过程解读

HTTPS 数据传输的安全性保障

1. 机密性
   HTTPS通过SSL/TLS协议加密数据传输。具体流程如下：

   • 首先，客户端与服务器通过非对称加密（如RSA或ECDHE）协商出一个对称加密密钥。
   • 该密钥用于后续的通信数据加密，因为对称加密（如AES）相较于非对称加密更高效，尤其是处理大数据量时。非对称加密仅用于密钥交换，避免暴露实际的对称加密密钥。

2. 完整性
   整性是通过散列算法（如SHA-256）保证的。SSL/TLS在发送数据之前会生成该数据的哈希值，并将其与数据一起发送。接收端收到数据后重新计算哈希值并与发送方的哈希值进行比较，若二者一致，说明数据未被篡改。否则，数据在传输过程中可能被篡改，通信会中断。

3. 权威性
   数字证书用于验证服务器的身份。数字证书是由可信的证书颁发机构（CA）签发的，它包含服务器的公钥和身份信息。客户端通过验证服务器提供的证书，确保其通信对象是合法的服务器，而非冒充的中间人。证书的真实性由CA的签名保证，防止伪造和冒充。

SSL/TLS 作为混合加密系统的典范

SSL/TLS协议结合了对称加密和非对称加密的优势：

• 使用非对称加密进行密钥交换，确保安全密钥协商。
• 使用对称加密保护大规模数据传输的效率。
• 通过散列算法保证数据的完整性，数字证书确保身份验证的权威性。

这个流程是现代加密系统设计的重要参考，尤其是在应用层数据加密系统中。如果要设计自己的加密系统，可以采用类似的方法：

• 用非对称加密安全地交换对称加密密钥。
• 用对称加密处理高效的数据加密。
• 用散列算法和数字签名保护数据的完整性和权威性。

HTTPS TLS 1.2 连接（RSA 握手）的整个过程

TLS 握手过程解析

从图片来看，展示的是完整的 TLS握手流程，其中包括了CA 证书认证的相关部分。这个流程确保客户端和服务器之间的通信是安全的，并且数据传输过程中不会被篡改或监听。以下是对这个流程的详细解析：

1. TCP 三次握手 (最顶部的黄色部分)

• SYN → SYN + ACK → ACK：这是标准的 TCP 三次握手，用于建立客户端与服务器之间的连接。在这个阶段，TLS 握手还未开始，主要是确保客户端和服务器能正常通信。

2. TLS 握手阶段 (红色部分)

2.1 Client Hello

• 客户端向服务器发送 Client Hello 消息，其中包含：
  • 支持的协议版本（例如 TLS 1.2 或 1.3）
  • 客户端支持的加密套件（如 AES、RSA 等）
  • 一个随机数（用于后续生成密钥）

2.2 Server Hello

• 服务器回应 Server Hello，其中包含：
  • 服务器选择的协议版本
  • 服务器选择的加密套件
  • 另一个随机数（和客户端的随机数组合用于生成对称密钥）

2.3 CA 证书验证

• 服务器会发送自己的 数字证书，证书中包含服务器的公钥，并由一个可信的 CA（证书颁发机构） 签名。具体步骤如下：
  1. 服务器将自己的公钥发送给 CA。
  2. CA 使用其私钥对服务器的公钥进行签名，形成证书。
  3. 证书通过 中间证书 或 根证书 的链式结构进行验证，确保服务器身份的合法性。

2.4 Client Key Exchange

• 客户端生成一个 PreMasterKey，并使用服务器的公钥加密该密钥。
• 客户端将加密的 PreMasterKey 发送给服务器，服务器使用自己的私钥解密后，双方可以生成相同的 MasterKey。
• 服务器和客户端根据之前的随机数和 PreMasterKey 生成对称密钥（MasterKey），用于后续的数据加密传输。

3. Change Cipher Spec

• 客户端和服务器都发送 Change Cipher Spec 消息，表示后续的通信将采用对称加密，使用之前协商好的 MasterKey 进行加密。

4. Client Finished & Server Finished

• Client Finished：客户端发送加密的 Finished 消息，表示握手阶段完成。
• Server Finished：服务器也发送加密的 Finished 消息，表示握手完成。

5. 加密数据传输阶段

• 一旦 TLS 握手完成，客户端和服务器使用生成的 MasterKey 进行对称加密通信，确保数据的机密性、完整性和不可抵赖性。

或者可以这么理解：

1. 客户端告知服务端自己支持的密码套件（比如
   TLS_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384，其中 RSA 是密钥交换的方式，
   AES_256_GCM 是加密算法，SHA384 是消息验证摘要算法），提供客户端随机数。
2. 服务端应答选择的密码套件，提供服务端随机数。
3. 服务端发送 CA 证书给客户端，客户端验证 CA 证书（后面详细说明）。
4. 客户端生成 PreMasterKey，并使用非对称加密 + 公钥加密 PreMasterKey。
5. 客户端把加密后的 PreMasterKey 传给服务端。
6. 服务端使用非对称加密 + 私钥解密得到 PreMasterKey，并使用 PreMasterKey+ 两个
   随机数，生成 MasterKey。
7. 客户端也使用 PreMasterKey+ 两个随机数生成 MasterKey。
8. 客户端告知服务端之后将进行加密传输。
9. 客户端使用 MasterKey 配合对称加密算法，进行对称加密测试。
10. 服务端也使用 MasterKey 配合对称加密算法，进行对称加密测试

关键技术点

• 非对称加密：用于安全地交换对称加密的密钥（PreMasterKey）。
• 对称加密：用于加密实际的数据传输，因为其速度远快于非对称加密。
• 数字证书：由 CA 签发，确保服务器的身份合法，防止中间人攻击。
• 散列函数：确保数据的完整性，防止篡改。

客户端怎么验证 CA 证书

接下来，客户端和服务端的所有通信都是加密通信，并且数据通过签名确保无法篡改。那客户端怎么验证 CA 证书呢？

其实，CA 证书是一个证书链，可以看一下上图的左边部分：

• 从服务端拿到的 CA 证书是用户证书，需要通过证书中的签发人信息找到上级中间证书，再往上找到根证书。

• 根证书只有为数不多的权威机构才能生成，一般预置在 OS 中，根本无法伪造。

• 找到根证书后，提取其公钥来验证中间证书的签名，判断其权威性。

• 最后再拿到中间证书的公钥，验证用户证书的签名。

这就验证了用户证书的合法性，然后再校验其有效期、域名等信息进一步验证有效性。

小结

TLS 通过巧妙的流程和算法搭配解决了传输安全问题：使用对称加密加密数据，使用非对称加密算法确保密钥无法被中间人解密；使用 CA 证书链认证，确保中间人无法伪造自己的证书和公钥。