HTTPS原理

1. HTTPS 概述

1.1 什么是 HTTPS

HTTPS = HTTP + TLS/SSL，在传输层对 HTTP 通信进行加密，提供：

1.2 TLS 版本演进

2. TLS 1.2 握手过程

2.1 完整握手流程

Client                                          Server
  |                                                |
  |  1. ClientHello                                |
  |  (TLS版本, 密码套件, 随机数Rc, SNI)           |
  |----------------------------------------------->|
  |                                                |
  |  2. ServerHello                                |
  |  (TLS版本, 选定套件, 随机数Rs)                 |
  |  Certificate (服务器证书链)                     |
  |  ServerKeyExchange (DH参数)                    |
  |  ServerHelloDone                               |
  |<-----------------------------------------------|
  |                                                |
  |  3. ClientKeyExchange (DH公钥)                 |
  |  ChangeCipherSpec                              |
  |  Finished                                      |
  |----------------------------------------------->|
  |                                                |
  |  4. ChangeCipherSpec                           |
  |  Finished                                      |
  |<-----------------------------------------------|
  |                                                |
  |  ========== 加密通信开始 ==========            |

2.2 密钥推导

使用 ECDHE 密钥交换：

1. 双方交换 DH 公钥
2. 计算共享密钥 $K=g^{ab}\mathrm{mod}p$
3. 通过 PRF 推导主密钥：$master\_secret=PRF(K,"mastersecret",Rc||Rs)$
4. 从主密钥推导会话密钥：加密密钥、MAC 密钥、IV

2.3 密码套件

TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
 │     │    │       │      │     │
 │     │    │       │      │     └─ PRF/HMAC
 │     │    │       │      └─────── 加密模式
 │     │    │       └────────────── 加密算法
 │     │    └────────────────────── 签名算法
 │     └─────────────────────────── 密钥交换
 └───────────────────────────────── 协议

3. TLS 1.3 握手过程

3.1 1-RTT 握手

Client                                          Server
  |                                                |
  |  1. ClientHello                                |
  |  (TLS 1.3, 密码套件, DH公钥share, 随机数)     |
  |----------------------------------------------->|
  |                                                |
  |  2. ServerHello                                |
  |  (选定套件, DH公钥share)                       |
  |  EncryptedExtensions                           |
  |  Certificate                                   |
  |  CertificateVerify                             |
  |  Finished                                      |
  |<-----------------------------------------------|
  |                                                |
  |  3. Finished                                   |
  |----------------------------------------------->|
  |                                                |
  |  ========== 加密通信开始 ==========            |

3.2 TLS 1.3 改进

3.3 0-RTT 恢复

Client                                          Server
  |                                                |
  |  ClientHello + Early Data                      |
  |  (PSK + DH share + 应用数据)                   |
  |----------------------------------------------->|
  |                                                |
  |  ServerHello + New Session Ticket              |
  |  Application Data                              |
  |<-----------------------------------------------|

注意：0-RTT 数据存在重放攻击风险，仅适用于幂等操作。

4. 证书验证

4.1 验证流程

1. 检查证书是否由受信 CA 签发（签名验证）
2. 检查证书域名是否匹配（SAN/CN）
3. 检查证书是否在有效期内
4. 检查证书是否被吊销（OCSP/CRL）
5. 检查证书链完整性

4.2 主机名验证

import ssl
import socket

context = ssl.create_default_context()
with socket.create_connection(('example.com', 443)) as sock:
    with context.wrap_socket(sock, server_hostname='example.com') as ssock:
        cert = ssock.getpeercert()
        # 自动验证主机名

5. HTTPS 安全配置

5.1 Nginx 配置

server {
    listen 443 ssl http2;
    server_name example.com;

    # 证书
    ssl_certificate /etc/ssl/certs/example.com.pem;
    ssl_certificate_key /etc/ssl/private/example.com.key;

    # TLS 版本
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;

    # 密码套件
    ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384;

    # 优先服务器密码套件
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    # HSTS
    add_header Strict-Transport-Security "max-age=31536000; includeSubDomains; preload" always;

    # OCSP Stapling
    ssl_stapling on;
    ssl_stapling_verify on;
}

5.2 安全头

6. TLS 常见攻击

7. 证书部署最佳实践