HTTPS
HTTP协议是基于tcp、ip协议之上的，但是HTTP协议有天然的缺陷：
信息拦截：通信过程中使用明文，可能被中间人劫持信息；
身份验证：没有验证通信方的身份，对方可能是其他人冒充的；
数据完整性：没有检验数据的完整性，数据可能被中间人篡改。
鉴于HTTP的不安全性，有了HTTPS协议。HTTPS协议在HTTP的基础之上做了一层加密，加密一般使用SSL或TLS实现。
SSL/TLS是一种混合加密算法，对称加密和非对称加密都有应用，在了解它之前需要先了解一些基本的密码学知识。
对称加密算法
对称加密是指加密和解密都使用同一秘钥，用该秘钥加密，同时也用该秘钥解密。对称加密的标准一般有DES、3DES、AES。
DES
DES(Data Encryption Standard) 是一种将64bit的明文加密成64bit的密文的加密算法, 他的秘钥长度为56bit。但是因为每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此实质上其秘钥长度为56bit。
DES每次只能加密64bit，如果待加密文件长于64bit，需要反复加密。目前能够在短时间内被破译, 所以目前不能该加密算法。
3DES
三重DES(triple-DES)是为了增加DES的强度, 将DES重复3次所得到的一种一张密码算法, 也称为TDEA(Triple Data Encryption Algorithm), 通常缩写为3DES。
3DES并不是进行三次DES加密(加密 --> 加密 ---> 加密), 而是加密 ---> 解密 ---> 加密的过程。这是为了3DES能够兼容普通DES设计, 也就是说当3DES的三个密钥都相同时, 经过前两步加密 ---> 解密之后, 得到的仍是最初的明文。
因此, 以前用DES加密的密文，就可以通过这种方式用3DES进行解密。所以，如果3个密钥都相同时，则其结果和普通的DES是等价的.
3DES解密步骤和加密正好相反, 是以密钥3, 密钥2, 密钥1的顺序执行解密 ---> 加密 ---> 加密操作.
AES
DES是美国联邦信息处理标准，已经过时, 3DES也不应该被使用。AES(Advanced Encryption Standard) 是经NIST机构选拔取代前任标准(DES)而成为新标准的一种对称密码算法。
需要注意的是，DES和AES都是一种标准，经过选拔脱颖而出的加密算法就可以成为标准。
在应用中应该选用哪种对称加密算法？
应当使用AES, AES是经过NIST机构选拔的，加密算法设计及程序代码完全公开，由全世界密码学家去进行不断的验证, 即使有漏洞, 也会第一时间告知全世界并进行修复。
对称加密在通信中的缺陷
使用对称密码进行通信时，会出现秘钥的配送问题，因为要使用对称密码进行通信就必须要把秘钥发送给对方。但秘钥配送期间可能被中间人拦截，中间人可以替换自己的密文发送给接收者，这样就失去了秘钥的保密作用。
秘钥必须要发送，但又不能发送。不发送，通信无法加密解密；发送吧，就会有被中间人拦截的风险。
非对称加密算法能够解决秘钥配送问题。
非对称加密算法
公钥密码中，使用公钥加密的信息只能用私钥解密，使用私钥加密的信息只能用公钥解密。在公钥体系中，每个人都有自己的密钥对。
例如AB通信，AB要在实际通信前将各自的公钥发送给对方，而私钥自己保管。通信时，用对方的公钥加密信息然后发送给对方，因为中间人截取后没有私钥不能解密通信内容，所以传输过程是安全的。因为私钥自己保管且无需发送，所以私钥也是安全的。
公钥密码解决了秘钥配送问题，但并不意味着没有其他问题，因为我们没有验证所得到的公钥是否正确合法，这个问题称为公钥认证问题。公钥未验证会导致中间人攻击。
如图，中间人攻击就是主动攻击者Mallory(中间人)混入发送者和接收者中间，对发送者伪装成接收者，对接收者伪装成发送者的攻击方式。
这种攻击虽然不能破译加密算法，但仍能达到攻击的效果。
证书系统可以解决中间人攻击的问题。
证书系统
要开车需要先考驾照，驾照上有本人的照片、姓名、出生日期等个人信息，以及有效期、准驾车辆的类型等信息，并由公安局在上面盖章。只要看到驾照，就可以知道公安局认定此人具有驾驶车辆的资格。
公钥证书起始和驾照很相似，里面记有姓名、组织、邮箱地址等个人信息，以及属于此人的公钥，并由认证机构施加数字签名。只要看到公钥证书，就可以知道认证机构认定该公钥的确属于此人。
公钥认证的过程
1. Bob生成秘钥对，并将私钥妥善保管。这里的秘钥对也可以由认证机构代为生成。
2. Bob将自己的公钥发送给了认证机构Trent，请Trent对他的公钥加上数字签名（也就是生成证书）。
Trent收到Bob的公钥后，确认所收到的公钥是否为Bob本人所有。确认方式可以为发送邮件、打电话或者当面认证和身份证明来确认公钥所有人的身份。
3. Trent用自己的私钥对Bob的公钥施加数字签名并生成证书。
4. 现在Alice需要向Bob发送密文，因此她从Trent处获取证书。证书中包含了Bob的公钥，并带有Trent对该公钥签署的数字签名。
5. Alice得到带有认证机构Trent的公钥验证数字签名，确认Bob的合法性。如果验证成功，就相当于确认了证书中所包含的公钥的确是属于Bob。到这里，Alice就得到了合法的Bob的公钥。
6. Alice使用Bob的公钥加密要发送的消息，并将消息发送给Bob。
7. Bob用自己的私钥解密密文得到Alice的消息。通过证书验证，能够避免中间人攻击。
证书标准规范
目前广泛使用的是ITU（International Telecommunications Union）和ISO（International Organization for Standardization）制定的X.509规范。
X.509证书所包含的构成要素与刚才Bob的证书大致对应如下：
公钥基础设施
公钥基础设施(Public-Key Infrastructure)是为了能够有效地运用公钥而制定的一系列规范的总称。例如X.509就是PKI的一种。在开发PKI程序时所使用的由各个公司编写的API也算是PKI的相关规范。
PKI的组成要素主要分三种：
用户：使用PKI通信的人或主机
认证机构：颁发证书的结构
仓库：保存证书的数据库用户需要将自己的公钥交给CA来获取相应的证书，根据需要申请作废已拥有的证书；
CA在生成证书前需要对用户进行身份验证，生成并颁发证书，作废证书；
仓库是存放证书的数据库，在用户需要的时候可以从中后去证书。
证书的层级结构
为了保证根证书的密钥绝对不可访问，会使用中间证书作为代理，所以证书会有层级结构。
Intermediate certificates are used as a stand-in for our root certificate. We use intermediate certificates as a proxy because we must keep our root certificate behind numerous layers of security, ensuring its keys are absolutely inaccessible.
PKI体系中，下一级CA的证书由上一级CA颁发，用户如果信任某一个CA，则信任此CA颁发的下一级证书。对于根CA，由于不存在级别比自己还高的CA，所以根CA的证书是自签名的。
例如阿里云的证书：
查看中间证书信息：
查看根证书：
随机数
对称加密需要使用秘钥，而秘钥一定要具备不容易被推测出来的特质。随机数是天然最好的秘钥。
随机数的性质：
随机性：不存在统计学偏差，是完全杂乱的数列；
不可预测性：不能从过去的数列推测出下一个出现的数；
不可重现性：除非将数列本身保存下来，否则不能重现相同的数列。这三种随机数的不可预测性逐级增加，分别为弱伪随机数，强伪随机数，真随机数，仅靠软件是无法生成真随机数的。
混合密码系统
公钥密码可以解决秘钥配送问题，但是公钥密码处理速度远低于对称密码，混合密码系统是将两种方式相结合的方法。
混合密码系统中会先用速度快的对称密码来对消息进行加密，这样消息就被转换为了密文，保证了消息的机密性。然后用公钥密码对对称密码的秘钥加密，由于对称密码的秘钥一般比消息本身的长度要短，因此公钥密码速度慢的问题就可以忽略了。
混合密码系统的加密过程：
混合密码的解密过程：
单向散列函数
单项散列函数能够保证数据的完整性。
单向散列函数有一个输入和一个输出，输入称为消息（message），输出称为散列值。单向散列函数可以根据消息的内容计算出散列值，而散列值就可以被用来检查消息的完整性。
消息不一定是文字，可以是图像、音视频等文件。散列值的长度和消息的长度无关，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。
单向散列函数需要具备的特点：
抗碰撞性：消息中哪怕有1bit的改变，也必须有很高的概率产生完全不同的散列值，如果单向散列函数计算出的散列值没有变化，那么消息很容易被篡改，无法用于消息完整性的检验。
两个不同的消息产生相同的散列值的情况称为碰撞。好的单向散列函数一定要有非常高的抗碰撞性。
单向性：单向散列函数并不是加密函数，其单向性是指无法通过散列值反算出消息的性质。单向散列函数的例子：MD4、MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512。
SSL/TLS
SSL/TLS是应用广泛的密码通信方法，它综合了对称密码、非对称密码、单向散列函数、伪随机数生成器以及消息认证码等多种安全技术。
SSL（Secure Socket Layer）指安全套接字协议，SSL3.0存在POODLE攻击漏洞，目前一般使用其延续版TLS。SSL/TLS承载了HTTP协议之后就是HTTPS。
TLS握手协议
握手协议负责生成共享秘钥以及交换证书。其中生成共享秘钥是为了进行密码通信，交换证书是为了双方互相认证。
握手过程：
1. ClientHello（客户端->服务器）
客户端向服务器端发送ClientHello消息，包括：
可用的版本号
当前时间
客户端随机数
会话ID
可用的密码套件清单
可用的压缩方式清单客户端随机数是一个由客户端生成的不可预测的随机数，会话ID是当客户端和服务器希望使用之前建立的会话时所用的信息。
2. ServerHello（服务器->客户端）
对应客户端的ClientHello消息，服务器会返回一个ServerHello消息，包括：
使用的版本号
当前时间
服务器随机数
会话ID
使用的密码套件
使用的压缩方式服务器根据客户端在ClientHello消息中的信息确定通信中使用的版本号、密码套件和压缩方式。
3. Certificate（服务器->客户端）
服务端发送Certificate消息，消息中包括服务器端的证书清单，首先发送的是服务器的证书，然后是其所有上级认证机构的证书。
即发送了服务器端的证书链。
4. ServerKeyExchange（服务器->客户端）
当Certificate消息不足以满足需求时，服务器会通过ServerKeyExchange消息向客户端发送一些必要信息，具体所发送内容根据所使用的密码套件而有所不同。
当不需要这些信息时，将不会发送ServerKeyExchange消息。
5. CertificateRequest（服务器->客户端）
CertificateRequest用于服务器向客户端请求证书，这是为了进行客户端认证，通过这一消息，服务器会向客户端发送一下消息：
服务器能够理解的证书类型清单
服务器能够理解的认证机构名称清单当不使用客户端认证时，不回发送CertificateRequest消息。
6. ServerHelloDone（服务器->客户端）
服务器发送ServerHelloDone表示从ServerHello开始的一系列消息的结束。
7. Certificate（客户端->服务器）
当服务器向客户端索要证书时，客户端会发送此消息，内容包括客户端的证书，服务器收到客户端证书后进行验证。
如果服务器未索要客户端证书，此消息不会被发送。
8. ClientKeyExchange（客户端->服务器）
客户端向服务器发送预备主密码，这个预备主密码是客户端生成的随机数，之后会被用作生成主密码的种子，这个值会使用服务器的公钥进行加密后发送给服务器。
根据预备主密码，服务器和客户单会计算出相同的主密码，然后再根据主密码生成下列比特序列：
对称密码的秘钥
消息认证码的秘钥
对称密码的CBC模式中使用的初始化向量9. CertificateVerify（客户端->服务器）
客户端只有在服务器发送CertificateRequest消息时才会发送CertificateVerify消息。这个消息的目的是向服务器证明自己的确持有客户端证书的私钥。
为了实现这一目的，客户端会计算主密码和握手协议中传送的消息的散列值，并加上自己的数字签名后发送给服务器。
10. ChangeCipherSpec（客户端->服务器）
ChangeCipherSpec消息并不是握手协议的消息，而是密码规格变更协议的消息。在ChangeCipherSpec消息之前，客户端和服务器之间已经交换了所有关于密码套件的消息，因此在收到这一消息时，客户端和服务器会同时切换密码。
在这一消息之后，TLS就开始使用双方协商决定的密码通信方式了。
11. Finished（客户端->服务器）
由于已经完成了密码切换，因此Finished消息时使用切换后的密码套件来发送的。
Finished消息的内容是固定的，因此服务器可以将受到的密文解密，来确认所收到的Finished消息是否正确。通过这一消息，就可以确认握手协议是否正常结束，密码套件的切换是否正确。
12. ChangeCipherSpec（服务器->客户端）
这是轮到服务器发送ChangeCipherSpec消息了，表示服务器要切换密码了。
13. Finished（服务器->客户端）
和客户端一样，服务器也会发送Finished消息。
14. 切换至应用数据协议
在此之后，客户端和服务器会使用TLS进行密码通信。
从结果看来，握手协议完成了下列操作：
客户端厚的了服务器的合法公钥，完成了服务器认证；
服务器获得了客户端的合法公钥，完成了客户端认证（当需要客户端认证时）；
客户端和服务器生成了密码通信中使用的共享秘钥；
客户端和服务器生成了消息认证码中使用的共享秘钥。本文关于密码学知识参考自《图解密码学》，推荐
