15分鐘理解HTTPS——通俗篇
| 導語 它很深奧嗎？你肯定常常見過它，使用它，甚至離不開它... 它很淺顯嗎？你可能覺得看透它，理解它，甚至懂它... 讓我們用15分鐘，不那麽學術地將它的深挖到底~
什麽？如何證明我是我？本文要上升到這樣的哲學高度了嗎？嚇得作者筆都掉了，不，是鍵盤按鍵都飛出來了…
HTTPS的身份認證機制還真的是一個“如何證明我是我”的問題，並且巧妙地使用了“零知識證明”。先來看個故事吧！
我知道某帶密碼門鎖房間的密碼，如何證明我有這個密碼呢？下面有兩種方式：
①我把密碼告訴你，你用密碼打開該房間的鎖。
②我們都知道房間內有某一物體，我用密碼打開房間的門，然後把物體拿出來給你看。
方式①的結果是密碼泄漏了，如果換作二戰被俘的情報員或者被四十大盜劫持的阿裏巴巴身上，他們的結局一定是被無情殺害了。
方式②是零知識證明。它指的是證明者能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。
那下面我們來挖一挖HTTPS如何借鑒這種思想進行身份認證的。不過，先來看一眼目錄吧！沒有目錄的長文都是耍流氓…
1.HTTPS原理概述
1.1什麽是HTTPS？
1.2HTTPS保證安全通信的原理（加密|簽名|證書）
1.3一次完整的HTTPS過程
2.HTTPS實踐與應用
2.1從HTTP升級到HTTPS
2.2Fiddler抓包HTTPS
2.3局限性和使用場景
1.1什麽是HTTPS？
一句話：超文本傳輸安全協議（Hypertext Transfer Protocol Secure, HTTP
為什麽要有HTTPS呢？因為HTTP通信是明文傳輸，有以下風險，而HTTPS完美地解決了這些風險。
1.2HTTPS保證安全通信的原理
（一） 加密——防竊聽
舉一個最簡單的加密，abc->bcd。
l 加密函數f：將加密過程抽象成函數。
l 密鑰： f(n)中的參數n。上例中n=1。
l 對稱加密：加密和解密的密鑰相同。計算量小，速度快。
l 非對稱加密：加密和解密的密鑰不同，一般地，服務器方存有私鑰不外傳，而把對應公鑰開放給客戶端。客戶端用公鑰加密內容，服務器用私鑰解密。計算量大，速度慢。
HTTPS的真正加密過程：用非對稱加密方式協商對稱密鑰；通信時使用協商好的對稱密鑰。這段話在看完1.3會更加清晰。
對稱加密非常好理解。HTTPS關鍵技術之一的非對稱加密是如何實現的呢？以比較具有代表性的RSA算法為例，解剖下非對稱加密實現原理：
首先，存在這樣一個事實（1）。其次，非對稱加密是公鑰私鑰計算過程大致如（2）所述。然後，（3）利用兩個式子可以進行加密和解密。
那麽，RSA實現非對稱加密的原理問題，可以簡化為（3）中兩個式子的m是否相等。將(1)中的等式帶入（3）中公式，加以不長不短的數學證明，結果顯示兩式相等。Done! 總結來說，RSA的實現基於的是數學世界中存在的兩個質數之間不對稱關系。（文末附有證明的參考資料）
(1)兩個互質數之間存在一個等式
如果兩個正整數a和n互質，那麽一定可以找到整數b，使得 ab-1 被n整除，或者說ab被n除的余數是1。這時，b就叫做a的“模反元素”。這個等式可以由“歐拉定理”證明。
(2)利用這兩個互質數產生一對公鑰私鑰
S1.隨機選擇兩個不相等的質數p和q。
S2.計算p和q的乘積n。
S3.計算n的歐拉函數φ(n)。
S4.隨機選擇一個整數e，條件是1< e < φ(n)，且e與φ(n) 互質。
S5.計算e對於φ(n)的模反元素d。
S6.（n,e）是公鑰，（n,d）是私鑰。
(3)加密和解密
加密：m是要加密信息，用(n,e)計算出加密後信息c。
解密：用(n,d)計算出原始信息m。
（二） 簽名——防篡改
簽名如何證明信息沒有被纂改？
舉例子：
開發gg小猴很帥，到處發自己的公鑰給妹子。有一天他中意一個妹子，想私下給妹子加密寫信。為了防止信被他的好哥們亂改，他這樣做：
把信的內容哈希得到摘要，摘要進行私鑰加密得到簽名，簽名附到信後面。
妹子收到了信，熟練地把信內容哈希得到摘要，把簽名公鑰解密得到摘要，對比兩個摘要相同，相信了這信沒被別人纂改過。防止篡改的原理就是，外人只改動內容會對不上簽名中的摘要，而簽名又是加密過的無法和內容修改的一致。
（三） 證書——防冒充
可惜，妹子還是套路不夠深….
小猴的哥們小豬也喜歡這個妹子，不敢表白，偷偷冒充了小猴。
他盜用小猴電腦，把小猴公鑰換成自己公鑰，用自己的私鑰給妹子寫信。
妹子以為自己拿著小猴的公鑰，驗證了信沒被纂改過。而實際上這公鑰是小豬的，信也是小豬寫的。
要避免這樣的悲劇，“數字證書”就出場了。既然無法確信“小猴的公鑰是小猴的“，那只好找權威機構幫忙認證了
小猴去證書中心(CA)申請證書，CA用自己的私鑰對小猴的公鑰和相關信息一起加密，生成“數字證書“。小猴再寫信時，附上簽名和證書。
妹子收到信，用CA的公鑰(這個不好冒充)解密證書，確信得到的是小猴的公鑰了。
再來看開始提到的零知識證明。它的一個應用是Guillo-Ouisquater身份認證，這種認證方式主要基於了RSA公鑰算法的基本思想。換句話說，前述的簽名和證書的身份認證屬於零知識證明的應用。過程需要一個權威CA，認證可靠，並沒有提供任何有用信息，也不會因認證次數增加而安全性降低。
1.3一次完整的HTTPS過程
流程概述：
- 客戶端向服務器索要公鑰，並驗證
- 雙方協商生成對話密鑰（對稱加密）
- 采用對稱加密通信
步驟1和2稱為握手過程。
驗證證書時，瀏覽器一般存有大型可信CA的公鑰。驗證證書是否為真，是否過期等。如驗證不通過，瀏覽器會顯示警告，用戶可以選擇繼續訪問。
至此，客戶端和服務都有了隨機數①②③，用它們三個形成相同的對稱密鑰，用於接下來通信。
Session恢復：
如果出於某種原因，對話中斷，就需要恢復對話。
? Session ID：session ID保存在一臺服務器中，如果客戶端能提供上次的session ID，就不再需要重新握手。
? Session ticket：不局限於一臺服務器， session ticket是上次對話中服務器發送的，內容是加密過的密鑰和解密方法等，客戶端如果能提供session ticket，也可以恢復對話。
2.HTTPS實踐與應用
2.1從HTTP升級到HTTPS
1申請證書
認證級別
ü 域名認證：最低級別認證，可以確認申請人擁有這個域名。對於這種證書，瀏覽器會在地址欄顯示一把鎖。
ü 公司認證：確認域名所有人是哪一家公司，證書裏面會包含公司信息。
ü 擴展認證：最高級別的認證，瀏覽器地址欄會顯示公司名。
證書類型
? 單域名證書：只能用於單一域名，foo.com的證書不能用於www.foo.com
? 通配符證書：可以用於某個域名及其所有一級子域名，比如*.foo.com的證書可以用於foo.com，也可以用於www.foo.com
? 多域名證書：可以用於多個域名，比如foo.com和bar.com
2證書安裝和配置
一般地，這部分工作會被運維的同事做。
3修改鏈接
通常直接去掉協議名稱，根據用戶輸入的協議為準。如：//vip.qq.com
當用戶使用http請求時還是不走https，這時還可以：
不修改鏈接，修改web服務器配置，使用301重定向，如
server {
listen 80;
server_name domain.com www.domain.com;
return 301 https://domain.com$request_uri;
}
2.2Fiddler抓包HTTPS
1.開啟fiddler支持https抓包
2.訪問fiddler代理IP：端口，點擊安裝證書
3.對證書授信
? ios：設置-通用-描述文件與設備管理-點進去選擇信任
? android：設置-安全和隱私-受信任的憑據-用戶-點進去選擇信任
2.3HTTPS的局限性和使用場景
https由於過程復雜，耗時稍慢，需要證書等因素，使得需要高安全性的網站才應用它，或者只在註、登陸、支付等關鍵頁面才使用。
但https如果經過優化，不會明顯影響性能，所有場景都適合使用。
參考資料
《RSA算法原理（一）》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.html
《RSA算法原理（二）》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html
《數字簽名是什麽？》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
https://wenku.baidu.com/view/5cf354fd31b765ce04081463.html
https://wenku.baidu.com/view/88a0f233eefdc8d376ee328e.html
《SSL/TLS協議運行機制的概述》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html
《圖解SSL/TLS協議》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/09/illustration-ssl.html
《HTTPS 升級指南》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/08/migrate-from-http-to-https.html
等...
15分鐘理解HTTPS——通俗篇