HTTPS与SSL/TLS握手过程详解

知识点描述
HTTPS是在HTTP协议基础上增加了SSL/TLS加密层的安全通信协议，用于保障数据传输的机密性和完整性。其核心在于SSL/TLS握手过程，通过非对称加密协商对称密钥，最终使用对称加密高效传输数据。

一、HTTPS基础概念

1. HTTP的安全缺陷

   • 明文传输：请求和响应内容可被中间人窃听
   • 无法验证身份：可能访问到伪造的服务器
   • 数据易被篡改：中间人可修改传输内容

2. HTTPS解决方案

   • 加密传输：通过混合加密机制防止窃听
   • 身份认证：通过数字证书验证服务器身份
   • 完整性校验：通过MAC（消息认证码）防篡改

二、SSL/TLS握手分步解析
以TLS 1.2为例，完整握手包含以下步骤：

1. ClientHello（客户端问候）

   • 客户端发送：
     • 支持的TLS版本（如TLS 1.2）
     • 客户端随机数（Client Random，用于后续密钥生成）
     • 支持的密码套件列表（如RSA、ECDHE等）
     • 会话ID（用于会话恢复）

2. ServerHello（服务器回应）

   • 服务器返回：
     • 选定的TLS版本和密码套件
     • 服务器随机数（Server Random）
     • 会话ID（新会话时生成新ID）

3. 服务器证书发送

   • 服务器将数字证书链发送给客户端
   • 证书包含服务器公钥、域名、颁发机构(CA)等信息
   • 可选发送请求客户端证书（双向认证场景）

4. ServerKeyExchange（密钥交换）

   • 根据密码套件类型可能发送：
     • DH参数：服务器临时公钥（用于ECDHE等算法）
     • 签名：用服务器私钥对参数签名（防篡改）

5. ServerHello Done

   • 服务器告知客户端初始协商消息发送完毕

6. 客户端验证证书

   • 客户端验证证书链：
     1. 检查证书有效期
     2. 验证颁发机构是否受信任（查询系统信任库）
     3. 核对证书中的域名与访问域名是否一致
     4. 验证数字签名确保证书未被篡改

7. ClientKeyExchange（客户端密钥交换）

   • 客户端生成预主密钥（Pre-Master Secret）
   • 用服务器公钥加密预主密钥发送给服务器
   • （ECDHE方案下）客户端也会发送临时公钥参数

8. 密钥生成

   • 双方根据以下要素生成对称会话密钥：
     • 客户端随机数
     • 服务器随机数
     • 预主密钥
   • 通过PRF（伪随机函数）生成：
     • 加密密钥（用于数据加密）
     • MAC密钥（用于完整性校验）
     • 初始化向量（IV，用于分组加密模式）

9. 切换加密通信

   • 双方发送ChangeCipherSpec报文，确认后续通信使用协商的密钥
   • 交换Finished报文（加密的握手摘要），验证握手过程是否被篡改

三、简化握手（会话恢复）
当客户端存有会话ID或会话凭证时：

1. 客户端在ClientHello中携带会话ID
2. 服务器确认会话有效后直接跳过证书验证和密钥交换
3. 使用之前协商的会话密钥快速恢复通信

四、防御相关攻击

1. 降级攻击：通过TLS扩展功能防止协商到弱加密算法
2. 重放攻击：使用随机数和时间戳确保消息新鲜性
3. 中间人攻击：证书体系保证服务器公钥真实性

核心要点总结
HTTPS通过"非对称加密协商密钥+对称加密传输数据"的混合机制，在安全性和性能间取得平衡。握手过程的核心目标是安全地协商出只有通信双方知道的会话密钥，并通过数字证书实现身份认证。