什么是Https、数字签名、数字证书

一、Http和Https

1、HTTP和HTTPS的基本概念
　　HTTP：是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，是一个客户端和服务器端请求和应答的标准（TCP），用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议，它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。

　　HTTPS：是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版，即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。

　　HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

2、HTTP与HTTPS有什么区别？

　　HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全，为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生了HTTPS。简单来说，HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，要比http协议安全。

　　HTTPS和HTTP的区别主要如下：

　　1）https协议需要到ca申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。

　　2）http是超文本传输协议，信息是明文传输，https则是具有安全性的ssl加密传输协议。

　　3）http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
　　
　　4）http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。
　　
3、TLS/SSL特点
　　1）HTTPS在传输数据之前需要客户端（浏览器）与服务端（网站）之间进行一次握手，在握手过程中将确立双方加密传输数据的密码信息。
　　2）TLS/SSL中使用了非对称加密，对称加密以及HASH算法。其中非对称加密算法用于在握手过程中加密生成的密码，对称加密算法用于对真正传输的数据进行加密，而HASH算法用于验证数据的完整性。
　　3）TLS握手过程中如果有任何错误，都会使加密连接断开，从而阻止了隐私信息的传输。

4、OSI七层协议模型和TCP/IP四层模型

二、基本概念

1、公钥和私钥

公钥（Public Key）与私钥（Private Key）是通过一种算法得到的一个密钥对（即一个公钥和一个私钥），公钥是密钥对中公开的部分，私钥则是非公开的部分。公钥通常用于加密会话密钥、验证数字签名，或加密可以用相应的私钥解密的数据。通过这种算法得到的密钥对能保证在世界范围内是唯一的。使用这个密钥对的时候，如果用其中一个密钥加密一段数据，必须用另一个密钥解密。比如用公钥加密数据就必须用私钥解密，如果用私钥加密也必须用公钥解密，否则解密将不会成功。

2、RSA简介

RSA密码体制是一种公钥密码体制，公钥公开，私钥保密，它的加密解密算法是公开的。 由公钥加密的内容可以并且只能由私钥进行解密，并且由私钥加密的内容可以并且只能由公钥进行解密。也就是说，RSA的这一对公钥、私钥都可以用来加密和解密，并且一方加密的内容可以由并且只能由对方进行解密。

3、数字签名

可以参考这个链接，通俗易懂：http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

1. 原理
   
   签名就是在信息的后面再加上一段内容，一般是对信息做一个hash计算得到一个hash
   值，注意，这个过程是不可逆的，也就是说无法通过hash值得出原来的信息内容。在把信息发送出去时，把这个hash值加密后做为一个签名和信息一起发出去。 接收方在收到信息后，会重新计算信息的hash值，并和信息所附带的hash值(解密后)进行对比，如果一致，就说明信息的内容没有被修改过，因为这里hash计算可以保证不同的内容一定会得到不同的hash值，所以只要内容一被修改，根据信息内容计算的hash值就会变化。

2. 验证流程
   发送者：将报文通过hash算法生成摘要，用私钥加密生成签名。
   接收者：使用公钥解密数字签名，得到摘要A，再对报文进行Hash算法得到摘要B，比较A和B，一致则表示没有被修改。

3. 问题
   小明把自己的公钥给了小李，和小李按照上面的流程进行通信。此时第三人小赵，偷偷把自己的公钥替换小明给小李的公钥，小赵用自己私钥加密报文，发信息给小李，小李还以为是小明在给他发信息，造成了无法识别发信人的身份问题。此时如果有个中间人进行监督，验证发信的身份，可以解决以上问题，也就是下面说的数字证书。

4、数字证书

数字证书则是由证书认证机构（CA, Certificate Authority）对证书申请者真实身份验证之后，用CA的根证书对申请人的一些基本信息以及申请人的公钥进行签名（相当于加盖发证书机构的公章）后形成的一个数字文件。
数字证书主要包含了CA认证过的公钥和拥有者的基本信息

数字证书：

最终邮件形式：

流程：
用户A给用户B发邮件，B收到后，先用CA公钥解密数字证书，拿到A的公钥，再解密数字签名，得到摘要，对明文进行Hash算法，得到摘要，再进行对比。

5、Https通信流程

HTTPS通信过程的时序图如下：

文字简述：客户端A和服务器B之间的交互

1. A与B通过TCP建立链接，初始化SSL层。
2. 进行SSL握手，A发送https请求，传送客户端SSL协议版本号、支持的加密算法、随机数等。
3. 服务器B把CA证书（包含B的公钥），把自己支持的加密算法、随机数等回传给A。
4. A接收到CA证书，验证证书有效性。
5. 校验通过，客户端随机产生一个字符串作为与B通信的对称密钥，通过CA证书解出服务器B的公钥，对其加密，发送给服务器。
6. B用私钥解开信息，得到随机的字符串（对称密钥），利用这个密钥作为之后的通信密钥。
7. 客户端向服务器发出信息，指明后面的数据使用该对称密钥进行加密，同时通知服务器SSL握手结束。
8. 服务器接收到信息，使用对称密钥通信，通知握手接收。
9. SSL握手结束，使用对称密钥加密数据。

6、证书标准和编码格式

X.509 - 这是一种证书标准，主要定义了证书中应该包含哪些内容，其详情可以参考RFC5280,SSL使用的就是这种证书标准。
同样的X.509证书，可能有不同的编码格式，目前有以下两种编码格式：
1）PEM - Privacy Enhanced Mail,打开看文本格式,以”—–BEGIN…”开头, “—–END…”结尾,内容是BASE64编码。
查看PEM格式证书的信息:openssl x509 -in certificate.pem -text -noout
Apache和*NIX服务器偏向于使用这种编码格式.
2）DER - Distinguished Encoding Rules，打开看是二进制格式,不可读.
查看DER格式证书的信息:openssl x509 -in certificate.der -inform der -text -noout
Java和Windows服务器偏向于使用这种编码格式。

7、文件扩展名

1）CRT - CRT应该是certificate的三个字母，其实还是证书的意思，常见于*NIX系统，大多数应该是PEM编码。
2）CER - 还是certificate,还是证书，常见于Windows系统，大多数应该是DER编码。
3）KEY - 通常用来存放一个公钥或者私钥,并非X.509证书，编码同样可能是PEM，也可能是DER。
查看KEY的办法:openssl rsa -in mykey.key -text -noout
如果是DER格式的话，同理应该这样了:openssl rsa -in mykey.key -text -noout -inform der
4）CSR - Certificate Signing Request，即证书签名请求，这个并不是证书，而是向权威证书颁发机构获得签名证书的申请，其核心内容是一个公钥(当然还附带了一些别的信息)。
5）PFX/P12 - predecessor of PKCS#12，对*nix服务器来说，一般CRT和KEY是分开存放在不同文件中的,但Windows的IIS则将它们存在一个PFX文件中，(因此这个文件包含了证书及私钥)这样会不会不安全？应该不会,PFX通常会有一个”提取密码”，你想把里面的东西读取出来的话,它就要求你提供提取密码，PFX使用的时DER编码。
6）JKS - 即Java Key Storage，这是Java的专利，跟OpenSSL关系不大，利用Java的一个叫”keytool”的工具，可以将PFX转为JKS,当然了，keytool也能直接生成JKS。

8、获得证书

1）向权威证书颁发机构申请证书（例如：CA）
把csr交给权威证书颁发机构，权威证书颁发机构对此进行签名，完成.保留好csr，当权威证书颁发机构颁发的证书过期的时候，你还可以用同样的csr来申请新的证书，key保持不变。
2）生成自签名的证书
利用openssl 或keytool工具都可以生成自签名，后面会讲如何使用keytool生成自签名证书。

三、自签名数字证书获取流程

采用HTTPS协议的服务器必须要有一套数字证书，可以自己制作，也可以向组织申请(CA收费)。
Java 中的 keytool.exe （位于 JDKBin 目录下）可以用来创建数字证书，Keytool将密钥（key）和证书（certificates）存在一个称为keystore的文件（也叫：密钥库或证书库）中。

1.先制作一个根证书(用于签发服务证书)

keytool -genkey -v -alias tomcat -keyalg RSA -keystore E:tomcat.keystore -validity 36500

命令解析：生成一对RSA非对称密钥和一个自签名证书。以别名tomcat存储在tomcat.keystore中，“E:tomcat.keystore”含义是将根证书文件的保存路径，证书文件名称是tomcat.keystore；“-validity 36500”含义是证书有效期，36500表示100年，默认值是90天；“tomcat”为自定义证书名称。

2.生成一个CSR文件
如果需要向CA等机构申请证书，就需要生成CSR文件，并将此文件提交给相应CA机构申请CA证书。

keytool -certReq -alias tomcat -keystore E:tomcat.keystore -file E:ca.csr -storepass 123456

命令解析：在tomcat.keystore文件中从别名为tomcat 中取出公钥和持有者信息生成证书请求，并写入到ca.csr文件中。然后使用这个csr文件向CA结构申请数字证书，CA会使用CA私钥加密CSR文件中的公钥和一些相关信息一起加密，生成”数字证书”。如图

3.生成CER文件

keytool -export -alias tomcat -keystore E:tomcat.keystore -file E:tomcat.cer -storepass 123456

命令解析：在tomcat.keystore文件中从别名为tomcat 中取出公钥和持有者信息生成证书请求，并写入到ca.cer文件中。这就是一个自签名证书。
因为生成的证书使用keytool生成的，没有经过操作系统可信任的CA机构颁发，所以当用浏览器访问时，会出现不信任证书警告，我们手工将cer文件（服务端公钥）导入浏览器的证书列表，让其信任。

四、总结

https请求过程：
1）服务器 用RSA生成公钥和私钥
2）把公钥放在证书里发送给客户端，私钥自己保存
3）客户端首先向一个权威的服务器检查证书的合法性，如果证书合法，客户端产生一段随机数，这个随机数就作为通信的密钥，我们称之为对称密钥，用公钥加密这段随机数，然后发送到服务器
4）服务器用私钥解密获取对称密钥，然后，双方就已对称密钥进行加密解密通信了

最后

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