Https协议

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网络协议
http

Https协议就是在TCP协议与Http协议之间加了一层TLS/SSL协议，TLS是SSL的后续版本，目前主流使用1.2版本。

HTTPS握手过程

TLS 1.2 RSA

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欧拉定理：如果 e 与 n 互质（最大公约数为1），则e^(φ(n)) ≡ 1 (mod n)，φ(n)是欧拉函数，表示小于等于n，且与n互质的正整数的个数；

于是可以找两个大的质数p和q，计算 n = p × q，那么就有 φ(n) = (p-1) × (q-1)；

然后选一个公钥指数e（通常为65537），再计算私钥指数d，使他们满足e × d ≡ 1 (mod φ(n))；
也就是要满足 e × d = φ(n) × k + 1，这里k为常数，d有且仅有唯一解，在φ(n)和e已知的情况下，可以通过辗转相除法得到d

那么将(n, e)作为公钥匙，(n, d)作为私钥，这样：
明文^e mod n = 密文
密文^d mod n = (明文^e mod n)^d mod n = 明文^(e×d) mod n = 明文^(φ(n) × k + 1) mod n = [(明文^(φ(n)))^k × 明文] mod n = 明文

  • 1、Client Hello：客户端给服务端发一个随机数Client_Random，告诉服务端它支持的加密协议版本，比如TLS 1.2，以及使用什么加密套件，比如RSA；
  • 2、Server Hello：服务端给客户端发一个随机数Server_Random，和服务器证书，以及使用的加密协议版本；
  • 3.1、Client Key Exchange：客户端再生成一个随机数pre_master，然后从服务器证书中取出公钥进行加密得到pre_master_key，发给服务端；
  • 3.2、Change Cipher Spec：客户端使用Client_Random、Server_Random、pre_master计算得到会话密钥；
  • 3.3、Encrypted Handshake Message：客户端使用会话密钥对之前所有握手消息进行摘要加密，发给服务端进行校验，确认对方身份；
  • 4.1、Change Cipher Spec：服务端收到pre_master_key后使用私钥进行解密，然后以同样的方式使用三个随机数计算得到会话密钥；
  • 4.2、Encrypted Handshake Message：服务端同样使用会话密钥对之前所有握手消息进行摘要加密，发给客户端进行校验，确认对方身份；

整个过程中，第三个随机数pre_master是关键，只有通信双方能知道这个值是什么，所以各自使用这个信息来计算，得到一个相同的会话密钥。加上前面两个随机数一起计算，只是为了增加会话密钥的随机程度，保证每次HTTPS通信使用的会话密钥都是不同的；

RSA的思路是一方生成一个随机数，然后用对方的公钥加密发给对方，对方再用自己的私钥解密得到这个随机数。但如果对方的私钥遭到泄露，那么双方过去和未来的所有通信内容都可能被窃取，因为这个交换的随机数的加密不再有效，所以RSA无前向安全性。

TLS 1.2 DHE

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模幂运算：g^a mod p = A 和 g^c mod p = C
g取2或5，p取一个2048位的大质数，a和c取一个1到p-2之间的随机数作为私钥，然后计算得出公钥A和C;

这里g和p是公开的，如果知道a，很容易根据计算得到A，但是知道A，则几乎不可能计算得出a；
所以，客户端私钥 = a，客户端公钥 = A，服务端私钥 = c，服务端公钥 = C；

模幂运算的交换律：
客户端密钥 = C^a mod p = (g^c mod p)^a mod p = g^(c·a) mod p
服务端密钥 = A^c mod p = (g^a mod p)^c mod p = g^(a·c) mod p

所以互相交换公钥后，双方能计算得出一个相同的密钥

DHE与RSA流程类似，但同信过程中没有直接传递随机数pre_master，而是交换公钥后计算出来的，并且每次通信客户端使用的都是临时公钥私钥对，也就解决了前向安全性问题；

TLS 1.3 ECDHE

ECDHE利用的椭圆曲线离散对数特性，能达到与DHE一样的效果，但是计算效率更高，公钥体积更小，所以TLS 1.3固定使用ECDHE；

另外，TLS 1.3简化了握手流程，将四次握手合并成了三次握手，在第一步中，客户端直接传递公钥，然后第二步中，服务端直接可以finished；

签名证书

服务器证书中的内容包括服务器公钥、服务器身份信息、和CA的数字签名（公钥+身份信息进行哈希后，用权威数字证书机构CA私钥进行加密的值）；

然后客户端可以通过CA公钥（任何人都可以得到）对签名进行验证，确保服务器公钥是可信的，这个过程就是数字签名验证；进行数字签名是必要的，否则如果服务端直接传递公钥给客户端很可能被中间人攻击，中间人可以在第二步换一个自己的公钥发给客户端，这样就能截取本应该被加密的pre_master，凑齐了三个随机数它可以计算出会话密钥，后续所谓的加密通信对中间人就完全透明了。

Chrom抓包Https

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打开wireshark抓包：http.host=="www.baidu.com"

打开终端，执行：export SSLKEYLOGFILE=ssl.key

然后在同一个终端下执行curl 'https://www.baidu.com'

wireshark的protocl中找到TLS，导入ssl.key，然后就能抓到对应的报文，查看对应的tcp stream，就能看到握手通信过程

附录：shell自动化脚本

make_https_crt.sh
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#!/bin/bash

set -e

echo"使用方法:  $0 [域名]"
echo"1. 制作证书分为两个阶段,先创建CA证书, 再创建域名证书"
echo"2. 默认会在脚本所在的目录创建证书相关文件夹"
echo"3. 默认创建的证书有效期为 100 年"
cd"$(dirname $0)"

DOMAIN=$1
if [ -z "$DOMAIN" ];then
    read  -p "请输入需要制作证书的域名: " DOMAIN
fi
echo"输入的域名是: $DOMAIN, 默认会签发 *.$DOMAIN 的证书(含 $DOMAIN 自身)"

if [ ! -x "$(command -v openssl)" ];then
    echo"未检测到openssl命令, 请安装 openssl"
    exit 1
fi

make_ca() {
    # 添加一个空行
    echo
    echo"#阶段一: 创建/检查 CA 证书"
    if [ -f ca/ca.crt ];then
        echo"  CA证书已存在, 不需要重新创建。跳过"
        echo
        return
    fi

    echo"  在默认的 ./ca 目录中未发现证书, 创建新CA证书。共3步"
    mkdir ca

    echo"  (1/3)创建CA的私钥"
    openssl genrsa -out ca/ca.key 2048

    echo"  (2/3)创建CA的证书请求文件，ca.csr包含公钥和身份信息"
    ## • C=CN：国家代码（China）
    ## • ST=ZJ：州/省（ZheJiang）
    ## • L=HZ：城市（HangZhou）
    ## • O=testca.com：组织名称
    ## • OU=testca：组织单位
    ## • CN=testca.com：通用名称（对于CA证书，这通常是CA的名称）
    ## • emailAddress=admin@testca.com：管理员邮箱
    openssl req -new -key ca/ca.key \
                -subj "/C=CN/ST=ZJ/L=HZ/O=testca.com/OU=testca/CN=testca.com/emailAddress=admin@testca.com" \
                -out ca/ca.csr

    echo"  (3/3)CA自签证书，预先导入到目标客户端"
    openssl x509 -req -in ca/ca.csr -signkey ca/ca.key -out ca/ca.crt -days 36500

    echo"  CA证书创建完毕, 相关证书文件路径为: "
    echo"  CA私钥: `pwd`/ca/ca.key"
    echo"  CA证书请求文件: `pwd`/ca/ca.csr"
    echo"  CA证书: `pwd`/ca/ca.crt"
}

make_crt(){
    echo
    echo"#阶段二: 创建/检查域名证书"

    if [ -d "$DOMAIN" ];then
        echo"  证书目录已存在, 请勿重复创建。若需重新创建, 请mv备份或删除该目录"
        return
    fi


    echo"在默认域名同名的 ./${DOMAIN} 目录创建域名证书，共3步"
    mkdir $DOMAIN

    echo"  (1/3)创建用户的私钥, 并从RSA私钥文件中提取公钥"
    openssl genrsa -out ${DOMAIN}/${DOMAIN}.key 2048
    openssl rsa -in${DOMAIN}/${DOMAIN}.key -pubout -out ${DOMAIN}/${DOMAIN}.pem

    echo"  (2/3)创建域名证书请求文件"
    openssl req -new -key ${DOMAIN}/${DOMAIN}.key \
        -subj "/C=CN/ST=ZJ/L=HZ/O=test.com/OU=test/CN=*.${DOMAIN}/emailAddress=pritest@test.com" \
        -addext "subjectAltName = DNS:*.${DOMAIN}, DNS:${DOMAIN}" \
        -out ${DOMAIN}/${DOMAIN}.csr

    echo"  (3/3)使用CA证书给域名的请求文件添加数字签名制作用户证书"
    openssl x509 -req -CA ca/ca.crt  -CAkey ca/ca.key  -CAcreateserial -in${DOMAIN}/${DOMAIN}.csr -out ${DOMAIN}/${DOMAIN}.crt -days 36500

    echo"  域名私钥: `pwd`/${DOMAIN}/${DOMAIN}.key"
    echo"  域名公钥: `pwd`/${DOMAIN}/${DOMAIN}.pem"
    echo"  域名证书请求文件: `pwd`/${DOMAIN}/${DOMAIN}.csr"
    echo"  域名证书: `pwd`/${DOMAIN}/${DOMAIN}.crt"
}

show_crt(){
    echo
    echo"域名证书详情"
    openssl x509 -in${DOMAIN}/${DOMAIN}.crt -noout -text
}

main(){
    make_ca
    make_crt
    show_crt
}

main


参考：