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网络协议 - HTTPS

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  • 本文主要介绍HTTPS相关概念，介绍了HTTPS就是HTTP在应用层和传输层间建立一个了TSL | SSL 连接，并使用Wireshark抓包TLS 1.2的连接（以ECDHE密钥交换算法为例）过程。

#HTTPS简介

  • HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure)，译为：超文本传输安全协议

    • 常称为 HTTP over TLS、HTTP over SSL、HTTP Secure

    • 由网景公司于1994年首次提出

    • HTTPS的默认端口号是 443 (HTTP是80)

    • 现在在浏览器上输入 http://www.baidu.com，会重定向到 https://www.baidu.com

#SSL / TLS

  • 背景：

    • HTTPS 是在 HTTP 的基础上使用 SSL/TLS来 加密报文，对窃听和中间人攻击提供合理的防护

    • TLS (Transport Layer Security)，译为：传输层安全性协议

      • 前身是 SSL (Secure Sockets Layer)，译为：安全套接层

    • 历史版本信息

      1. SSL 1.0：因存在严重的安全漏洞，从未公开过
      2. SSL 2.0：1995年，已于2011年弃用 (RFC 6176)
      3. SSL 3.0：1996年，已于2015年弃用 (RFC 7568)
      4. TLS 1.0：1999年 (RFC 2246)
      5. TLS 1.1：2006年 (RFC 4346)
      6. TLS 1.2：2008年 (RFC 5246)
      7. TLS 1.3：2018年 (RFC 8446)

    • SSL/TLS工作位置：

    SSL/TLS工作位置


  • OpenSSL

    • OpenSSL 是SSL/TLS协议的开源实现，始于1998年，支持Windows、Mac、Linux等平台

    • Linux、Mac 一般自带 OpenSSL

    • Windows下载安装OpenSSL：https://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html

    • 常用命令:

      • 生成私钥：openssl genrsa -out mj.key

      • 生成公钥：openssl rsa -in mj.key -pubout -out mj.pem

      • 可以使用 OpenSSL 构建一套属于自己的CA，自己给自己颁发证书，称为“自签名证书”

    • Openssl help查看支持的相关指令（算法）：

    Openssl相关指令

    • 查看某一指令的具体用法（举例：RSA）

    查看RSA用法

  • HTTPS的成本

  • HTTPS的通信过程

    • 总的可以分为3大阶段
      • TCP的3次握手
      • TLS的连接（下图中绿色部分）
      • HTTP请求和响应

    HTTPS的通信流程


  • TLS 1.2 的连接（ECDHE密钥交换算法）

    • TLS 1.2 的连接大概有10大步骤:（图中省略了中间产生的一些ACK确认）

    TLS的连接（ECDHE密钥交换算法）


  • Client Hello

    • TLS的版本号
    • 支持的加密组件 (Cipher Suite) 列表
    • 加密组件是指所使用的加密算法及密钥长度等
    • 一个随机数 (Client Random)
      Client-Hello

- Server Hello - TLS的版本号 - 选择的加密组件 - 是从接收到的客户端加密组件列表中挑选出来的 - 一个随机数 (Server Random) - 补充： - GEM（分组模式<一段一段加密>）

Server-Hello


  • Certificate

    • 服务器的公钥证书（被CA签名过的）

    Certificate


  • Server Key Exchange

    • 用以实现ECDHE算法的其中一个参数 (Server Params)
    • ECDHE是一种密钥交换算法
    • 为了防止伪造，Server Params 经过了服务器私钥签名

    Server-Key-Exchange


  • Server Hello Done

    • 告知客户端：协商部分结束

    Server-Hello-Done

    • 目前为止，客户端和服务器之间通过明文共享了Client Random、Server Random、Server Params
      而且，客户端也已经拿到了服务器的公钥证书，接下来，客户端会验证证书的真实有效性

  • Client Key Exchange

    • 用以实现ECDHE算法的另一个参数 (Client Params)

    Client-Key-Exchange

    • 目前为止，客户端和服务器都拥有了ECDHE算法需要的2个参数：Server Params、Client Params
      客户端、服务器都可以使用ECDHE算法根据Server Params、Client Params计算出一个新的随机密钥串：Pre-master secret
    • 然后结合 Client Random、Server Random、Pre-master secret 生成一个主密钥
    • 最后利用自己的（客户端或服务器）主密钥衍生出其他密钥：客户端发送用的会话密钥、服务器发送用的会话密钥等
    • 然后自己再利用自己对应的密钥（客户端发送用的会话密钥）加密后对方会用与之对应的（客户端的会话密钥）密钥解密（使用的是对称加密）

  • Change Cipher Spec

    • 告知服务器：之后的通信会采用计算出来的会话密钥进行加密

    Change-Cipher-Spec


  • Finished

    • 包含连接至今全部报文的整体校验值（摘要），加密之后发送给服务器
    • 这次握手协商是否成功，要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准

    Finished


  • Change Cipher Spec & Finished

    • 到此为止，客户端服务器都验证加密解密没问题，握手正式结束
    • 后面开始传输加密的HTTP请求和响应

    Change-Cipher-Spec-Finished

    Encrypted-Handshake-Handshake-Message

  • 抓包总体流程

    抓包总体流程

#使用Wireshark解密HTTPS

  • 设置环境变量SSLKEYLOGFILE（浏览器会将key信息导出到这个文件）

    SSLKEYLOGFILE

    • 如果环境变量不管用，可以直接设置浏览器的启动参数

    设置浏览器的启动参数

    • 在wireshark中加载TLS.log文件位置

    加载TLS.log文件位置

    在Wireshark中的HTTPS


  • 配置Tomcat服务器HTTPS

  • 自签生成证书：

    • 环境：Tomcat9.0.34、JDK1.8.0_251
      • 首先，使用JDK自带的 keytool 生成证书
      • 文件名为：.jks(java key store)
      • keytool -genkeypair -alias sg -keyalg rsa -keystore F:/sg.jks

    在F盘下生成sg.jks

    • 将证书 *.jks 文件放到 TOMCAT_HOME/conf 目录下

    • 修改 TOMCAT_HOME/conf/server.xml 中的 Connector

    Tomcat配置HTTPS