HTTPS与TLS握手

概念引入

想象飞翔科技的官网 www.feixiang.net 是一家线上门店。HTTP 相当于"敞开门做生意"——任何人都能站在旁边偷听顾客和店员的对话、篡改订单内容、甚至冒充店员骗钱。

HTTPS（HTTP Secure）就是给这家店装上防弹玻璃和身份识别系统：

  • 防窃听：对话加密，旁人听不懂
  • 防篡改：数据带"封条"，拆开即知
  • 防冒充：店员出示"营业执照"（数字证书），顾客可验证真伪

HTTPS = HTTP + TLS（Transport Layer Security，传输层安全协议），默认端口 443。TLS 的前身是 SSL，所以有时也叫 SSL/TLS。

飞翔场景：雁姐（用户运营）处理用户隐私数据，靓晴（UI设计）上传设计稿，都必须走 HTTPS。翼王（架构师）说："全站 HTTPS 是底线，不是选项。"

核心内容

为什么需要 HTTPS

数字证书：服务器的"营业执照"

数字证书（Digital Certificate）由 CA（Certificate Authority，证书颁发机构）签发，包含：

  • 服务器的公钥
  • 域名（如 www.feixiang.net）
  • 有效期
  • CA 的数字签名

就像营业执照上有工商局盖章，证书上有 CA 的签名。浏览器内置了可信 CA 的公钥，可以验证签名真伪。

TLS 1.2 握手：四步成交

TLS 1.2 握手需要 2-RTT（2 个往返时延），就像买卖双方四次对话敲定交易：

关键步骤解析：

  1. ClientHello：客户端打招呼，列出支持的 TLS 版本和密码套件（如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384），发送随机数 A。

  2. ServerHello + Certificate：服务器回应，选定 TLS 版本和密码套件，发送随机数 B 和证书。

  3. ClientKeyExchange：客户端验证证书后，用服务器公钥加密一个"预主密钥"（Pre-Master Secret）发送。双方用随机数 A + 随机数 B + 预主密钥，计算出相同的会话密钥（Session Key）。

  4. ChangeCipherSpec：通知对方"后续用会话密钥加密"。Finished 消息是对整个握手过程的摘要，验证握手未被篡改。

密码套件命名：TLS_密钥交换_身份认证_WITH_对称加密_消息认证

TLS 1.3：更快更安全

TLS 1.3 做了大幅简化：

特性TLS 1.2TLS 1.3
握手 RTT2-RTT1-RTT（甚至 0-RTT 会话恢复）
密码套件复杂多样仅保留安全的，废弃 RSA 密钥交换、MD5/SHA-1
加密模式多种仅 AEAD（如 AES-GCM、ChaCha20-Poly1305）
握手明文部分握手数据明文除 ClientHello 外全部加密

0-RTT（零往返）会话恢复：如果客户端之前连过该服务器，可以把会话密钥相关信息直接放在第一个包，省去握手延迟。代价是可能受重放攻击，需谨慎启用。

证书验证要点

浏览器连接 HTTPS 网站时，会严格检查证书：

  1. 信任链：证书必须由内置 CA 签发，或链到可信根证书
  2. 有效期：证书是否在有效期内（过期会报警）
  3. 域名匹配：证书里的域名是否等于访问的域名（www.feixiang.net ≠ feixiang.net 会报警）
  4. 吊销检查：证书是否被 CA 撤销（通过 CRL 或 OCSP 查询）

飞翔场景：凌叔（运维）给官网配证书时，忘了把 feixiang.net 和 www.feixiang.net 都加到 SAN（Subject Alternative Name）里。结果访问不带 www 的域名时，浏览器报"证书与域名不匹配"。

安全增强：HSTS 与证书固定

HSTS（HTTP Strict Transport Security，严格传输安全）：服务器告诉浏览器"未来 N 秒内，只准用 HTTPS 访问我，不准 HTTP"。防止用户被劫持到 HTTP 钓鱼页。

Strict-Transport-Security: max-age=31536000; includeSubDomains; preload

证书固定（Certificate Pinning）：客户端硬编码服务器证书的指纹，只认这一张证。即使 CA 被攻破签发假证，也骗不过客户端。但证书更新时要同步更新客户端，维护成本高。

本篇小结

  • HTTPS = HTTP + TLS，默认端口 443，解决 HTTP 的窃听、篡改、冒充三大问题
  • 数字证书由 CA 签发，含公钥、域名、有效期，是服务器身份的"营业执照"
  • TLS 1.2 握手需要 2-RTT，通过非对称加密交换预主密钥，再生成对称会话密钥
  • TLS 1.3 简化为 1-RTT，废弃不安全算法，仅支持 AEAD 加密，更安全高效
  • 证书验证需检查：CA 信任链、有效期、域名匹配、吊销状态（CRL/OCSP）
  • HSTS 强制浏览器只用 HTTPS 访问，证书固定防止 CA 被攻破后的中间人攻击
  • 生产环境务必使用 TLS 1.2+，优先 TLS 1.3，禁用不安全的密码套件

动手实践

温馨提示： 以下实践示例中涉及的域名（如 www.feixiang.net）、公司场景和接口均为虚构数据，仅用于演示协议原理，实际执行时可能不会产生文档中描述的效果。建议将命令中的域名替换为你自己可访问的真实地址进行练习。

实践：用 openssl 查看证书信息

# 查看飞翔官网的证书详情
openssl s_client -connect www.feixiang.net:443 -servername www.feixiang.net </dev/null 2>/dev/null | openssl x509 -text -noout

# 快速查看证书有效期和域名
openssl s_client -connect www.feixiang.net:443 -servername www.feixiang.net 2>/dev/null | openssl x509 -noout -dates -subject -issuer

实践：用 curl 检查 HTTPS 详情

# 查看 TLS 握手过程和证书链
curl -vI https://www.feixiang.net 2>&1 | grep -E "(TLS|SSL|subject|issuer|expire)"

# 指定 TLS 1.3 连接
curl --tlsv1.3 -I https://www.feixiang.net

实践：思考题

  1. 为什么 TLS 握手先用非对称加密（RSA/ECDHE），握手后却用对称加密（AES）传输数据？对称加密和非对称加密各有什么优缺点？
  2. 假设某个 CA 机构被黑客攻破，能随意签发 www.feixiang.net 的假证书。HSTS 能防御这种攻击吗？证书固定呢？
  3. 凌叔发现官网启用 HTTPS 后，部分老客户端（旧版 Android）无法访问。可能是什么原因？如何在不降低安全性的前提下兼容这些客户端？

查看思考题答案