一个故事讲完https

  • 时间:2018-06-20 22:27 作者:vNext学院 来源:vNext学院 阅读:131
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摘要:老刘是工作15年的前 IBM 架构师,使用自己踩过的坑,走过的弯路,分享编程和职场的经验教训。1、序言今天来聊一聊 https 安全传输的原理。在开始之前,我们来虚构两个人物,一个是位于中国的张大胖(怎样又是你?!),还有一个是位于米国的 Bill(怎样还是你?!)。这俩哥们隔着千山万水,通过网络联

一个故事讲完https

老刘是工作15年的前 IBM 架构师,使用自己踩过的坑,走过的弯路,分享编程和职场的经验教训。

1、序言

今天来聊一聊 https 安全传输的原理。

在开始之前,我们来虚构两个人物,一个是位于中国的张大胖(怎样又是你?!),还有一个是位于米国的 Bill(怎样还是你?!)。

这俩哥们隔着千山万水,通过网络联络上了,两个人臭味相投,聊得火热。

此时正值米国大选,张大胖亲切地“致电”Bill,对米国总统大选的情况表示强烈地关注。Bill 则回电说,谢谢关心米国人的事情我们米国人自己做主,不使用你们歪果仁瞎操心......

张大胖继续“致电”说,其实我们支持特朗普,由于希拉里太情绪化,太难打交道了,我们挺希望看到特朗普上台这样米国就会变成 The Divided State of America ......

Bill 回电:拉倒吧你,我们米国的政体有着强大的纠错性,尽管有时候发展得慢,有时候会走上岔路,但很快就会回到正途,几百年来稳固得很,不像你们像坐了过山车一样.....

两个人越聊越投机,天涯海角,海阔天空,还夹杂着不少隐私的话题。

2、总是有一种被偷看的感觉

有一天,Bill 忽然意识到:坏了,我们的通信是明文的,这简直就是网络上裸奔啊,任何一个不怀好心的家伙都能监听我们通信,打开我们发送的数据包,窥探我们的隐私啊。

张大胖说:“你不早点说,我刚才是不是把我的微信号给你发过去了?我是不是告诉你我上周去哪儿旅游了?预计已经被人截取了吧!”

Bill提议:“要不我们做个数据的加密?每次传输之前,你把消息使用一个加密算法加密,而后发到我这里以后我再解密,这样别人就无法偷窥了,像这样:”

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张大胖冰雪聪明,一看就明白了,这加密和解密算法是公开的,那个密钥是保密的,只有两人才知道,这样生成的加密消息(密文)别人就无法得知了。他说:“Bill 老兄,你生成一个密钥,而后把密钥发给我,咱们这就开启加密消息,让那些偷窥狂人们哭去吧!”

(注:这叫对称加密算法,由于加密和解密使用的是同一个密钥)

一炷香功夫过去了,Bill 还是没有回音,张大胖忍不住地催促:“快发啊?!!!”

Bill 终于回复了:“ 我感觉有一双眼睛正在虎视眈眈地盯着我们的通话,假如我把密钥发给你,也被他截取了,那加密岂不浪费工夫?”

张大胖沉默了,是啊,网络是不安全的,这密钥怎样安全地发过来啊? 

“噢,对了,我下周要去米国旅游,到时候我们见一面,把密码确定下来,写到纸上,谁也偷不走,这不就结了?” 

“哈哈,这倒是终极处理之道”Bill 笑了,“不过,我不仅仅和你聊天,我还要和易卜拉欣,阿卜杜拉,克里斯托夫,玛格丽特,桥本龙太郎,李贤俊,许木木,郭芙蓉,吕秀才等人通信,我总不可以打着飞的,满世界的和人交换密码吧?”

张大胖心里暗自佩服 Bill 同学的好友竟然遍布全球,看来他对加密通信的虚求更加迫切啊!

可是这个加密解密算法需要密钥双方必需得知道啊,但是密钥又无法通过网络发送,这该死的偷窥者!

3、RSA:非对称加密

Bill 和 张大胖的通信无法加密,说话谨慎了不少,直到有一天,他们听说了一个叫做 RSA 的非对称加密算法,一下子来了灵感。

这个 RSA 算法非常有意思,它不是像之前的算法,双方必需协商一个保密的密钥,而是有一对儿钥匙,一个是保密的,称为私钥,另外一个是公开的,称为公钥。

更有意思的是,使用私钥加密的数据,只有对应的公钥才可以解密,使用公钥加密的数据, 只有对应的私钥才可以解密。

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有了这两个漂亮的特性,当张大胖给 Bill 发消息的时候,即可以先使用 Bill 的公钥去加密(反正 Bill 的公钥是公开的,地球人都知道),等到消息被 Bill 收到后,他即可以使用自己的私钥去解密(只有 Bill 才可以解开,私钥是保密的 )。

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反过来也是如此,当 Bill 想给张大胖发消息的时候,就使用张大胖的公钥加密, 张大胖收到后,就使用自己的私钥解密。

这样以来,通信安全固若金汤,没有任何人可以窥探他们的小秘密了。

4、非对称加密+对称加密

两人试验了几次,张大胖说:“Bill,你有没有感觉这个 RSA 的加密和解密有点慢啊?”

Bill 叹了口气 :“是啊,我也注意到了,刚才搜了一下,这个 RSA 算法比之前的对称密钥算法要慢上百倍。我们就是加个密而已,现在搞得都没法使用了”

“回到咱们最初的问题,我们想使用一个密钥来加密通信,那个对称加密算法是非常快的,但是苦于密钥无法安全传输,现在有了 RSA,我想能结合一下,分两步走:

(1)我生成一个对称加密算法的密钥,使用 RSA 的方式安全发给你;(2)我们随后就不使用 RSA 了,只使用这个密钥,利使用对称加密算法来通信,如何?”

Bill 说:“你小子能啊,这样以来既处理了密钥的传递问题,又处理了 RSA 速度慢的问题,不错。” 

于是两人就安全地传递了对称加密的密钥,使用它来加密解密,果然快多了!

5、中间人攻击

张大胖把和 Bill 聊天的情况给老婆汇报了一次。

老婆告诫他说:“你要小心啊,你确定网络那边坐着确实实是 Bill ?”

张大胖焦急地辩解说:“一定是他啊,我都有他的公钥,我们俩的通信都是加密的。”

老婆提示道:“如果啊,Bill 给你发公钥的时候,有个中间人,截取了 Bill 的公钥, 而后把自己的公钥发给了你,冒充 Bill ,你发的消息就使用中间人的公钥加了密,那中间人不即可以解密看到消息了?”

张大胖背后出汗了,是啊,这个中间人解密以后,还能使用 Bill 的公钥加密,发给 Bill,Bill 和我根本都意识不到,还以为我们在安全传输呢!

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看来问题出现在公钥的分发上!尽管这个东西是公开的,但是在别有使用心的人,截取以后还能干坏事 !

6、你究竟是谁?

但是怎样安全地分发公钥呢?似乎又回到了最初的问题:怎样安全的保护密钥?

可是似乎和最初的问题还不一样,这一次的公钥不使用保密,但是肯定得有个办法公告这个公钥的确是 Bill 的,而不是别人的。

怎样公告呢?

张大胖忽然想到:现实中有公证处,它提供的公证材料大家都信任,那在网络世界也能建立一个这样的具有公信力的认证中心,这个中心给大家颁发一个证书,使用于证实一个人的身份。

这个证书里除了包含一个人的基本信息之外,还有包括最关键的一环:这个人的公钥!

这样以来我拿到证书即可以安全地取到公钥了!完美!

可是 Bill 马上泼了一盆冷水:证书怎样安全传输?要是证书传递的过程中被篡改了怎样办?

张大胖心里不由地咒骂起来:我操,这简直就是鸡生蛋,蛋生鸡的问题啊。

天无绝人之路,张大胖很快就找到了突破口:数字签名。

简单来讲是这样的,Bill 能把他的公钥和个人信息使用一个 Hash 算法生成一个消息摘要, 这个 Hash 算法有个极好的特性,只需输入数据有一点点变化,那生成的消息摘要就会有巨变,这样即可以防止别人修改原始内容。

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可是作为攻击者的中间人笑了:“尽管我没办法改公钥,但是我能把整个原始信息都替换了,生成一个新的消息摘要,你不还是辨别不出来?”

张大胖说,你别得意的太早 ,我们会让有公信力的认证中心(简称 CA)使用它的私钥对消息摘要加密,形成签名:

这还不算,还把原始信息和数据签名合并,形成一个全新的东西,叫做“数字证书”。

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张大胖接着说:当 Bill 把他的证书发给我的时候,我就使用同样的 Hash 算法,再次生成消息摘要,而后使用 CA 的公钥对数字签名解密,得到 CA 创立的消息摘要,两者一比,就知道有没有人篡改了!

假如没人篡改,我即可以安全的拿到 Bill 的公钥喽,有了公钥,后序的加密工作即可以开始了。

尽管很吃力,但是为了防范你们这些偷窥者,实在是没办法啊。

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中间人恶狠狠地说:“算你小子狠!等着吧,我还有别的招。对了,我且问你,你这个 CA 的公钥怎样拿到?难道不怕我在你传输 CA 公钥的时候发起中间人攻击吗?假如我成功的假装成了 CA,你这一套体系彻底玩完。”

张大胖语塞了,折腾了半天,又回到了公钥安全传输的问题!

不过转念一想,想处理鸡生蛋,蛋生鸡的问题必需得打破这个怪圈才行,我必需得信任 CA,并且通过安全的的方式获取他们的公钥,这样才可以把游戏玩下去。

(注:这些 CA 本身也有证书来证实自己的身份,并且 CA 的信誉是像树一样分级的,高层的 CA 给底层的 CA 做信誉背书,而操作系统/浏览器中会内置少量顶层的 CA 的证书,相当于你自动信任了他们。这些顶层的 CA 证书肯定得安全地放入操作系统/浏览器当中,否则世界大乱。)

7、HTTPS

终于能详情 https 了,前面已经详情了 https 的原理,你把张大胖替换成浏览器,把 Bill 替换成某个网站就行了。

一个简化的(例如下图没有包含 Pre-Master Secret)https 流程图是这样的,假如你了解了前面的原理,这张图就变得非常简单:

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经营人员:王淑雅 MX 009

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