HTTPS 基本过程

HTTPS 基本过程

HTTPS 即 HTTP over TLS，是一种在加密信道进行 HTTP 内容传输的协议。
（TLS 的早期版本叫做 SSL。SSL 的 1.0, 2.0, 3.0 版本均已经被废弃，出于安全问题考虑广大浏览器也不再对老旧的 SSL 版本进行支持了，因此这里我们就统一使用 TLS 名称了。）

TLS （Transport Layer Security） 的基本过程如下（取自 what-happens-when-zh_CN）：

客户端发送一个 ClientHello 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 ServerHello 消息，消息中包含了服务器端的 TLS 版本，服务器所选择的加密和压缩算法，以及数字证书认证机构（Certificate Authority，缩写 CA）签发的服务器公开证书，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。证书中还包含了该证书所应用的域名范围（Common Name，简称 CN），用于客户端验证身份。
客户端根据自己的信任 CA 列表，验证服务器端的证书是否可信。如果认为可信（具体的验证过程在下一节讲解），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
从上面的过程可以看到，TLS 的完整过程需要三个算法（协议），密钥交互算法，对称加密算法，和消息认证算法（TLS 的传输会使用 MAC(message authentication code) 进行完整性检查）。

我们以 Github 网站使用的 TLS 为例，使用浏览器可以看到它使用的加密为 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。其中密钥交互算法是 ECDHE_RSA，对称加密算法是 AES_128_GCM，消息认证（MAC）算法为 SHA256。

TLS 证书机制

HTTPS 过程中很重要的一个步骤，是服务器需要有 CA 颁发的证书，客户端根据自己的信任 CA 列表验证服务器的身份。现代浏览器中，证书验证的过程依赖于证书信任链。

所谓证书信任链，即一个证书要依靠上一级证书来证明自己是可信的，最顶层的证书被称为根证书，拥有根证书的机构被称为根 CA。

还是以 Github 为例，在浏览器中我们可以看到它的证书信任链如下：

DigiCert High Assurance EV Root CA -> DigiCert SHA2 Extended Validation Server CA -> Github.com

从上到下即 Root CA -> 二级 CA -> 网站。

前面提到，证书当中包括 CN(Common Name)，浏览器在验证证书的同时，也会验证 CN 的正确性。即不光需要验证“这是一个合法的证书”，还需要验证“这是一个用于 Github.com 的证书”。

既然所有的信任，最终要落到根 CA 上，根证书本身又是怎么获得的呢？答案也很简单，根证书一般是操作系统自带的。不管是桌面系统 Windows，macOS 还是移动端系统 Android, iOS 都会内置一系列根证书。随着操作系统本身的升级，根证书也会随着升级进行更新。

对浏览器而已，浏览器当然也有选择信任某个根证书的权利。Chrome 浏览器一般是跟随系统根证书信任的。Firefox 浏览器通常是使用自带的一套证书信任机制，不受系统证书的影响。

在使用 curl 等工具时，我们还可以自行选择证书进行信任。

有权威的信任，最终都要落到一个单点信任，不管是 Root CA，还是微软，苹果，谷歌等操作系统厂商。