笔记

HTTPS模块 ​

HTTPS协议 ​

HTTPS可以保证数据在传输过程中不被篡改,如果使用HTTP协议,那么服务器和客户端的数据传输是明文传输,现在都使用HTTPS协议,本节主要介绍HTTPS协议如何保证传输安全.

从最简单的开始,A和B要进行通信,如果中间没有第三方,A直接把数据拿给B,B也直接把数据拿给A,那么这不可能出现数据泄露,但我们数据传输需要经过很多节点,这些节点可能会被植入一些病毒,如果我们使用HTTP协议来明文传输,病毒可以很轻松地从这些节点获取到我们的信息,这非常不安全

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为了防止数据泄露,我们采用加密,加密分为两种,对称加密和非对称加密

先来介绍对称加密,所谓的对称加密,就是一个秘钥可以同时完成加密和解密两个过程

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以上图例就是一个对称加密,有了这个key之后,我们可以用明文和key两个参数通过加密算法,对明文进行加密,加密之后得到密文,将密文进行传输,传输完成后,接收方收到密文,再用这个key和密文作为参数,经过一个解密算法进行解密,可以得到明文,这就是对称加密的思想,也保证了传输过程中数据不被篡改和泄露,这种方式也叫作单密钥加密

常用的对称加密算法为：DES,3DES,AES,Blowfish等

我们常见的压缩包加密使用的其实就是一种对称加密算法,秘钥就是我们设置的密码,可以通过这个密码加密,也可以通过这个密码解密

但是这种方式也存在很严重的问题,参考下面的图例,下面是一个A向B传输信息的图示

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这种做法的劣势显而易见,要实现对称加密,秘钥key必须是双方都知道的,你必须把秘钥传输给对方,如何把key传输给对方就是个问题,如果第一次传输的key都被截获了,那么传输的密文也毫无意义.

为了解决秘钥的传输问题,我们引入非对称加密,在对称加密中,加密和解密都用一个秘钥,而在非对称加密中,秘钥有两个,一个用来加密,一个用来解密,我们把这两个秘钥称为私钥和公钥,公钥一般是公开的,私钥是必须要保密的,这俩是一对,你用私钥加密,那么就只能用这个公钥解密,你用公钥加密就只能用私钥解密.

如果您想要保证数据的安全传输,那么您应该用公钥加密,用私钥解密.这样只有持有私钥的人才能看到数据的内容.

如果您想要对数据进行数字签名,那么您应该用私钥加密,用公钥解密.这样所有持有公钥的人都可以验证数据的来源和完整性.

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一般来说,我们要保证数据安全传输,我们采用公钥加密,私钥解密,我们只允许有私钥的用户解密我们的信息

常见的非对称加密算法有RSA,Elgamal,D-H,ECC等

但是这样也有问题,参考下图

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公钥是公开的,可以由B以明文的方式传输给A,A通过公钥加密后传输给B,B收到后可以用私钥解密,但私钥是保密的,A是没有B的私钥的,所以当B想向A响应一个信息的时候,使用公钥加密,A是无法解密的,所以这种方式只能实现数据的单向传递,不能实现数据的双向传递.

为了解决双向通信的问题,我们把对称加密和非对称加密联系起来

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这种方式,A需要向B传输数据,A先生成一个秘钥key2,使用key1的公钥加密将秘钥key2传输给B,此时这个加密数据只有B可以拿到,B拿到key2之后,A和B之间的通信均使用key2的对称加密即可.

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可以看到,哪怕第三方在半路截胡了,产生了一个新的秘钥key3,你只能拿到服务端第一次响应的数据,由于你没有key2,你根本不可能用key2进行封装在传给客户端,客户端也能及时发现问题

这种方式可以防止数据不泄露,但无法保证数据不被篡改

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可见,如果在传输公钥的时候出现了问题,公钥被篡改,那这种加密方式也不管用了,我们需要解决第一次的公钥传输问题.

此时我们看起来就没有办法了,这时一个第三方机构就出现了,这个第三方机构就是证书颁发机构（CA）

这个CA是权威机构,浏览器,操作系统都会记录世界上已知的证书颁发机构,有了证书颁发机构,我们就可以解决一切问题.

每个服务器想要获取证书颁发机构的服务,都需要获得一个证书,获得证书是需要花钱的,下面是证书的获得流程

  1. 服务器将服务器的域名和服务器的公钥key发给CA
  2. CA自己有一个密钥对,一个公钥和一个私钥,这个私钥是绝对保密的,这个公钥是全世界都知道的
  3. CA收到钱和服务器域名后,会颁发一个电子证书发送给服务器

证书里主要包含以下内容

  • 明文：域名
  • 明文：证书颁发机构
  • CA私钥加密：服务器的公钥key
  • CA私钥加密：证书签名

由于服务器的公钥是用CA的私钥加密,任何人都可以读取到这个服务器的公钥key,但是这个信息是不可能修改的,因为这个数据是用CA私钥加密,CA公钥解密的,你能给他解开,但是你不能再进行加密,因为你获取不到CA的私钥,这就实现了电子签名,能够保证传输的数据不被篡改.

而证书签名也是一个数据,证书签名是将服务器的域名,CA的公钥,服务器的公钥经过一系列算法生成的,这个算法是公开的.

我们拿到一个证书前面后,我们可以根据域名,服务器公钥,CA公钥来算出一个新的证书签名,从而来判断证书签名的内容是否被篡改,签名就是用来验证是否被篡改的.

下面来看详细的步骤

  1. 通信之前,服务器给客户端一个电子证书,浏览器可以根据电子证书找到证书颁发机构,选择对应的公钥
  2. 浏览器拿到证书后,通过相应颁发机构的公钥,解密服务器的公钥和证书签名
  3. 此时浏览器有了域名+服务器公钥+CA公钥,我们经过一些算法,算出一个证书签名,来验证签名是否正确,如果签名正确,说明公钥没有被篡改.
  4. 此时服务器就安全的将公钥传输给了客户端.

此时第三方在这一步是无法篡改的,第三方哪怕截获了证书,他只能拿到域名和证书机构,加上CA秘钥加密的公钥key和证书签名,这个服务器公钥你可以读出来,但是你无法篡改,因为服务器公钥和证书签名都是CA私钥加密的,你哪怕可以解开,你也无法再去加密成原来的样子,你一旦篡改了那客户端也能及时发现问题,而你也不能去修改域名,因为域名一旦被修改,证书签名的验证就会出问题,所以这个信息是肯定可以安全传输到客户端的.

这样我们就解决了第一次公钥传输的问题,这就是https的加密流程,我们总结流程如下

  1. 服务器事先花钱从CA获取一个电子证书,证书主要包含了域名,证书机构,CA私钥加密的服务器公钥,CA私钥加密的证书签名
  2. 开始通信,服务器向客户端发送一个电子证书
  3. 客户端收到电子证书,通过证书机构选择公钥,解密服务器公钥和证书签名,由于服务器公钥和证书签名是CA私钥加密,所以不可篡改
  4. 通过证书里的域名,服务器公钥,CA公钥,验证证书签名,如果验证失败,说明证书被篡改
  5. 此时客户端拿到了服务器公钥,客户端生成一个新的对称加密的秘钥key2,通过服务器公钥加密后发送给服务器
  6. 服务器可以顺利拿到这个秘钥,因为这个加密数据需要用服务器的私钥解密,第三方无法获取
  7. 客户端和服务器可以通过这个对称加密的密钥顺利通信

HTTPS相对于HTTP就加了一个SSL的协议,也就是加密协议,也就是上面的算法,如果一个网站是HTTPS协议拿到的,那么浏览器希望这个网站的所有数据都是用HTTPS协议获取的,而不是HTTP协议.

HTTPS的默认端口为443

搭建HTTPS服务器 ​

在实际项目中,不会用NODEJS搭建一个NODEJS模块,因为服务器结构不会这么简单,这里我们写的是一个很简单的服务器结构,由NODE服务器来监听443端口,由node搭建HTTPS服务器

实际上开发中,node服务器就是一个普普通通的服务器,由NGINX服务器来使用HTTPS,由nginx服务器做请求转发,而且node服务器部署之后,端口会屏蔽,只能允许内部访问.

要搭建HTTPS服务器,首先要准备证书,要么去网上买,要么自己本地生成,本地生成非常麻烦,我们只能把自己当成权威机构,自己颁发证书,具体步骤如下

  1. 安装openssl
    1. 下载源码,自行构建https://github.com/openssl/openssl
    2. 下载windows安装包https://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html
    3. mac下自带
    4. 通过输入命令openssl测试
  2. 生成CA私钥
    1. openssl genrsa -des3 -out ca-pri-key.pem 1024
    2. genrsa：密钥对生成算法
    3. -des3：使用对称加密算法des3对私钥进一步加密
      1. 命令运行过程中会让用户输入密码,该密码将作为des3算法的key
    4. -out ca-pri-key.pem：将加密后的私钥保存到当前目录的ca-pri-key.pem文件中
      1. pem：Privacy-Enhanced Mail (PEM)
    5. 1024：私钥的字节数
  3. 生成CA公钥（证书请求）
    1. openssl req -new -key ca-pri-key.pem -out ca-pub-key.pem
    2. 通过私钥文件ca-pri-key.pem中的内容,生成对应的公钥,保存到ca-pub-key.pem中
    3. 运行过程中要使用之前输入的密码来实现对私钥文件的解密
    4. 其他输入信息
      1. Country Name：国家名 CN
      2. Province Name：省份名 Sichuan
      3. Local Name：城市名
      4. Company Name：公司名
      5. Unit Name：部门名
      6. Common Name：站点名
      7. ...
  4. 生成CA证书 1. openssl x509 -req -in ca-pub-key.pem -signkey ca-pri-key.pem -out ca-cert.crt 2. 使用X.509证书标准,通过证书请求文件ca-pub-key.pem生成证书,并使用私钥ca-pri-key.pem加密,然后把证书保存到ca-cert.crt文件中
  5. ------华丽的分割线-------
  6. 生成服务器私钥
    1. openssl genrsa -out server-key.pem 1024
  7. 生成服务器公钥
    1. openssl req -new -key server-key.pem -out server-scr.pem
  8. 生成服务器证书
    1. openssl x509 -req -CA ca-cert.crt -CAkey ca-pri-key.pem -CAcreateserial -in server-scr.pem -out server-cert.crt

以笔记为镜，可以知得失

© 张云凌