图文详解：Wireshark 抓包深刻学习 HTTPS 工作原理

图文详解：Wireshark 抓包深刻学习 HTTPS 工作原理[1]

说明

1. 1. Q代表question 问题，BS代表brainstorm 头脑风暴
2. 2. 结尾用到的工具是wireshark

Q1: 什么是 HTTPS？

BS: HTTPS 是安全的 HTTP

HTTP 协议中的内容都是明文传输，HTTPS 的目的是将这些内容加密，确保信息传输安全。最后一个字母 S 指的是 SSL/TLS 协议，它位于 HTTP 协议与 TCP/IP 协议中间。

Q2: 信息传输安全是什么意思?

BS: 信息传输的安全有两个方面

1. 1. 客户端和服务器直接的通信只有自己能看懂，即使第三方拿到数据也看不懂这些信息的真实含义。
2. 2. 第三方虽然看不懂数据，但可以被修改，因此客户端和服务器必须有能力判断数据是否被修改过。

Q3: 如何保证信息安全?

BS: 加密

1. 1. 对称加密，一把密匙，正运算加密，逆运算解密。
2. 2. 非对称加密，公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。

Q4: 如何加密信息？

BS: 对称加密

使用一把只有通信双方知道的密钥对信息进行加密传输。

Q5: 如何保证对称加密的密钥只有通信双方知道？

BS: 非对称加密

1. 1. 服务器 生成一对 公钥私钥（非对称加密）
2. 2. 客户端 从服务器那获取公钥
3. 3. 客户端 生成一个密钥（对称加密）使用获取的公钥加密该密钥
4. 4. 客户端 将加密后的密钥发送给服务器
5. 5. 服务器 用自己的私钥解密 获得该密钥

Q6: 如何保证服务器不是伪装的？

BS: 第三方权威机构发放证书

1. 1. 服务器 向权威机构注册证书，证书中存储了用权威机构私钥加密的公钥
2. 2. 服务器 将证书发给客户端，客户端 用权威机构的公钥解密，获取服务器的公钥
3. 3. 客户端 生成一个密钥（对称加密）使用获取的公钥加密该密钥
4. 4. 客户端 将加密后的密钥发送给服务器
5. 5. 服务器 用自己的私钥解密 获得该密钥

Q7: 为什么需要权威机构的公钥？

BS: 避免证书内容被篡改

权威机构会 先对服务器公钥进行摘要，再用私钥加密生成签名。

1. 1. 证书被劫持，内容被修改，但是签名无法被伪造，因为劫持者没有证书的私钥。

Q8: 权威机构的公钥哪儿来的？

BS: 预设在pc中，或者安装根证书

1. 1. 公钥不用传输，会直接内置在操作系统(或者浏览器)的出厂设置里。
2. 2. 足够权威的都被内置，不权威的还得安装。或者该证书被权威机构认证。

做个尝试，观察一下真实情况

curl https://www.taobao.com

抓包结果

capture1

capture2

解释

TLS 握手

• • 客户端发送一个 Client hello 消息到服务器端，消息中同时包含了它的 Transport Layer Security (TLS) 版本，可用的加密算法和压缩算法。
• • 服务器端向客户端返回一个 Server hello 消息，消息中包含了服务器端的TLS版本，服务器选择了哪个加密和压缩算法，以及服务器的公开证书，证书中包含了公钥。客户端会使用这个公钥加密接下来的握手过程，直到协商生成一个新的对称密钥
• • 客户端根据自己的信任CA列表，验证服务器端的证书是否有效。如果有效，客户端会生成一串伪随机数，使用服务器的公钥加密它。这串随机数会被用于生成新的对称密钥
• • 服务器端使用自己的私钥解密上面提到的随机数，然后使用这串随机数生成自己的对称主密钥
• • 客户端发送一个 Finished 消息给服务器端，使用对称密钥加密这次通讯的一个散列值
• • 服务器端生成自己的 hash 值，然后解密客户端发送来的信息，检查这两个值是否对应。如果对应，就向客户端发送一个 Finished 消息，也使用协商好的对称密钥加密
• • 从现在开始，接下来整个 TLS 会话都使用对称秘钥进行加密，传输应用层（HTTP）内容

证书

certificate

优化

TLS False Start

浏览器在与服务器完成 TLS 握手前，就开始发送请求数据，服务器在收到这些数据后，完成 TLS 握手的同时，开始发送响应数据。

TLS False Start

Session Identifier（会话标识符）复用

如果用户的一个业务请求包含了多条的加密流，客户端与服务器将会反复握手，必定会导致更多的时间损耗。或者某些特殊情况导致了对话突然中断，双方就需要重新握手，增加了用户访问时间。

（1）服务器为每一次的会话都生成并记录一个 ID 号，然后发送给客户端；

（2）如果客户端发起重新连接，则只要向服务器发送该 ID 号；

（3）服务器收到客户端发来的 ID 号，然后查找自己的会话记录，匹配 ID 之后，双方就可以重新使用之前的对称加密秘钥进行数据加密传输，而不必重新生成，减少交互时间。

session

开启OSCP Stapling，提高TLS握手效率

服务端主动获取 OCSP 查询结果并随着证书一起发送给客户端，从而客户端可直接通过 Web Server 验证证书，提高 TLS 握手效率。

服务器模拟浏览器向 CA 发起请求，并将带有 CA 机构签名的 OCSP 响应保存到本地，然后在与客户端握手阶段，将 OCSP 响应下发给浏览器，省去浏览器的在线验证过程。由于浏览器不需要直接向 CA 站点查询证书状态，这个功能对访问速度的提升非常明显。

引用链接

[1] 图文详解：Wireshark 抓包深刻学习 HTTPS 工作原理: https://raw.githubusercontent.com/ljun20160606/blog/master/directory/https.md