HTTPS RSA 握⼿解析
提纲
TLS握手过程
HTTP 由于是明⽂传输，所谓的明⽂，就是说客户端与服务端通信的信息都是⾁眼可⻅的，随意使⽤⼀个抓包⼯具
都可以截获通信的内容。
所以安全上存在以下三个⻛险：
1.窃听⻛险，⽐如通信链路上可以获取通信内容，⽤户号容易没。
2.篡改⻛险，⽐如强制植⼊垃圾⼴告，视觉污染，⽤户眼容易瞎。
3.冒充⻛险，⽐如冒充淘宝⽹站，⽤户钱容易没。
HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加⼊了 TLS 协议，来解决上述的⻛险。
HTTPS与HTTP对比
TLS 协议是如何解决 HTTP 的⻛险的呢？
1.信息加密： HTTP 交互信息是被加密的，第三⽅就⽆法被窃取；
2.校验机制：校验信息传输过程中是否有被第三⽅篡改过，如果被篡改过，则会有警告提示；
3.身份证书：证明淘宝是真的淘宝⽹；
可⻅，有了 TLS 协议，能保证 HTTP 通信是安全的了，那么在进⾏ HTTP 通信前，需要先进⾏ TLS 握⼿。TLS 的握⼿过程，如下图：
TLS握手过程
上图简要概述来 TLS 的握⼿过程，其中每⼀个「框」都是⼀个记录（record），记录是 TLS 收发数据的基本单位，类似于 TCP ⾥的 segment。多个记录可以组合成⼀个 TCP 包发送，所以通常经过「四个消息」就可以完成TLS 握⼿，也就是需要 2个 RTT 的时延，然后就可以在安全的通信环境⾥发送 HTTP 报⽂，实现 HTTPS 协议。
所以可以发现，HTTPS 是应⽤层协议，需要先完成 TCP 连接建⽴，然后⾛ TLS 握⼿过程后，才能建⽴通信安全的连接。
事实上，不同的密钥交换算法，TLS 的握⼿过程可能会有⼀些区别。这⾥先简单介绍下密钥交换算法，因为考虑到性能的问题，所以双⽅在加密应⽤信息时使⽤的是对称加密密钥，⽽对称加密密钥是不能被泄漏的，为了保证对称加密密钥的安全性，所以使⽤⾮对称加密的⽅式来保护对称加密密钥的协商，这个⼯作就是密钥交换算法负责的。接下来，我们就以最简单的 RSA 密钥交换算法，来看看它的 TLS 握⼿过程。
RSA 握⼿过程
传统的 TLS 握⼿基本都是使⽤ RSA 算法来实现密钥交换的，在将 TLS 证书部署服务端时，证书⽂件中包含⼀对公私钥，其中公钥会在 TLS 握⼿阶段传递给客户端，私钥则⼀直留在服务端，⼀定要确保私钥不能被窃取。
在 RSA 密钥协商算法中，客户端会⽣成随机密钥，并使⽤服务端的公钥加密后再传给服务端。根据⾮对称加密算
法，公钥加密的消息仅能通过私钥解密，这样服务端解密后，双⽅就得到了相同的密钥，再⽤它加密应⽤消息。
我⽤ Wireshark ⼯具抓了⽤ RSA 密钥交换的 TLS 握⼿过程，你可以从下⾯看到，⼀共经历来四次握⼿：
TLS握手
TLS 第⼀次握⼿
客户端⾸先会发⼀个「Client Hello」消息，字⾯意思我们也能理解到，这是跟服务器「打招呼」。
第一次握手
消息⾥⾯有客户端使⽤的 TLS 版本号、⽀持的密码套件列表，以及⽣成的随机数（Client Random），这个随机数会被服务端保留，它是⽣成对称加密密钥的材料之⼀。
TLS 第⼆次握⼿
当服务端收到客户端的「Client Hello」消息后，会确认 TLS 版本号是否⽀持，和从密码套件列表中选择⼀个密码套件，以及⽣成随机数（Server Random）。接着，返回「Server Hello」消息，消息⾥⾯有服务器确认的 TLS 版本号，也给出了随机数（Server Random），然后从客户端的密码套件列表选择了⼀个合适的密码套件。
第二次握手
可以看到，服务端选择的密码套件是 “Cipher Suite: TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256”。这个密码套件看起来真让⼈头晕，好⼀⼤串，但是其实它是有固定格式和规范的。基本的形式是「密钥交换算法 +签名算法 + 对称加密算法 + 摘要算法」， ⼀般 WITH 单词前⾯有两个单词，第⼀个单词是约定密钥交换的算法，第⼆个单词是约定证书的验证算法。⽐如刚才的密码套件的意思就是：由于 WITH 单词只有⼀个 RSA，则说明握⼿时密钥交换算法和签名算法都是使⽤ RSA；握⼿后的通信使⽤ AES 对称算法，密钥⻓度 128 位，分组模式是 GCM；摘要算法 SHA384 ⽤于消息认证和产⽣随机数；
就前⾯这两个客户端和服务端相互「打招呼」的过程，客户端和服务端就已确认了 TLS 版本和使⽤的密码套件，⽽且你可能发现客户端和服务端都会各⾃⽣成⼀个随机数，并且还会把随机数传递给对⽅。
那这个随机数有啥⽤呢？其实这两个随机数是后续作为⽣成「会话密钥」的条件，所谓的会话密钥就是数据传输时，所使⽤的对称加密密钥。
然后，服务端为了证明⾃⼰的身份，会发送「Server Certificate」给客户端，这个消息⾥含有数字证书。
数字证书
随后，服务端发了「Server Hello Done」消息，⽬的是告诉客户端，我已经把该给你的东⻄都给你了，本次打招呼完毕。
Serve Hello Done
TLS 第三次握⼿
客户端验证完证书后，认为可信则继续往下⾛。接着，客户端就会⽣成⼀个新的随机数 (pre-master)，⽤服务器的 RSA 公钥加密该随机数，通过「Change Cipher Key Exchange」消息传给服务端。
Client Key Exchage
服务端收到后，⽤ RSA 私钥解密，得到客户端发来的随机数 (pre-master)。⾄此，客户端和服务端双⽅都共享了三个随机数，分别是 Client Random、Server Random、pre-master。
于是，双⽅根据已经得到的三个随机数，⽣成会话密钥（Master Secret），它是对称密钥，⽤于对后续的 HTTP请求/响应的数据加解密。⽣成完会话密钥后，然后客户端发⼀个「Change Cipher Spec」，告诉服务端开始使⽤加密⽅式发送消息。
通知使用加密方式发送消息
（从此处开始使用会话密钥通信）然后，客户端再发⼀个「Encrypted Handshake Message（Finishd）」消息，把之前所有发送的数据做个摘要，再⽤会话密钥（master secret）加密⼀下，让服务器做个验证，验证加密通信是否可⽤和之前握⼿信息是否有被中途篡改过。
摘要
可以发现，「Change Cipher Spec」之前传输的 TLS 握⼿数据都是明⽂，之后都是对称密钥加密的密⽂。
TLS 第四次握⼿
服务器也是同样的操作，发「Change Cipher Spec」和「Encrypted Handshake Message」消息，如果双⽅都验证加密和解密没问题，那么握⼿正式完成。最后，就⽤「会话密钥」加解密 HTTP 请求和响应了。
RSA 算法的缺陷
使⽤ RSA 密钥协商算法的最⼤问题是不⽀持前向保密。因为客户端传递随机数（⽤于⽣成对称加密密钥的条件之⼀）给服务端时使⽤的是公钥加密的，服务端收到到后，会⽤私钥解密得到随机数。所以⼀旦服务端的私钥泄漏了，过去被第三⽅截获的所有 TLS 通讯密⽂都会被破解。
为了解决这⼀问题，于是就有了 DH 密钥协商算法，这⾥简单介绍它的⼯作流程。
DH密钥交换
客户端和服务端各⾃会⽣成随机数，并以此作为私钥，然后根据公开的 DH 计算公示算出各⾃的公钥，通过 TLS握⼿双⽅交换各⾃的公钥，这样双⽅都有⾃⼰的私钥和对⽅的公钥，然后双⽅根据各⾃持有的材料算出⼀个随机数，这个随机数的值双⽅都是⼀样的，这就可以作为后续对称加密时使⽤的密钥。DH 密钥交换过程中，即使第三⽅截获了 TLS 握⼿阶段传递的公钥，在不知道的私钥的情况下，也是⽆法计算出密钥的，⽽且每⼀次对称加密密钥都是实时⽣成的，实现前向保密。
但因为 DH 算法的计算效率问题，后⾯出现了 ECDHE 密钥协商算法，我们现在⼤多数⽹站使⽤的正是 ECDHE 密钥协商算法
