深入浅出HTTPS工作原理

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发布时间：2019-03-09

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深入浅出HTTPS工作原理及相关加密技术解析

随着网络技术的快速发展，HTTPS在保护数据安全性方面发挥着越来越重要的作用。尽管HTTP作为早期的局icast协议优于斜边传输协议 Crackersseconds loots, 但HTTPS通过SSL/TLS协议实现加密通信，有效解决了明文传输的安全隐患。本文将从非对称加密、证书签名流程、OpenSSL实践等方面，深入浅出HTTPS的工作原理，并结合常见加密算法进行详细讲解。

1 前言

非对称加密与对称加密是数字加密领域的两大核心算法类别。对称加密的加密与解密使用相同的密钥，常见算法包括AES、DES、RC4、BLOWFISH等。而非对称加密中，加密与解密使用不同的密钥（公钥和私钥），代表性算法有RSA、DSA、Diffie-Hellman等。这些算法为HTTPS的安全通信奠定了基础。

OpenSSL是一个开源项目，旨在为传输层安全协议(TLS)和安全套接字协议(SSL)提供完整实现，同时也作为通用密码学工具集。其包含libssl、libcrypto和openssl三个主要组件。libcryto主要提供密码学功能，包括非对称加密、哈希算法、随机数生成等；libssl实现了SSL/TLS协议的客户端和服务器端功能；openssl是一个功能强大的命令行工具。

2 加解密过程

2.1 创建公私钥对

首先，使用 OpenSSL 生成私钥：

openssl genrsa -out private.pem 1024

为了提高安全性，还可以指定密码：

openssl genrsa -aes256 -passout stdin -out private.pem 1024

生成私钥后，可以将公钥提取出来：

openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem

2.2 公私钥加解密

在信息传输中，public.pem 公钥可以被公开分发，对方用其加密数据后传回给你，你可以使用私钥解密。具体操作如下：加密：

openssl rsautl -encrypt -pubin -inkey public.pem -in file.txt -out file.txt.enc

解密：

openssl rsautl -decrypt -inkey private.pem -in file.txt.enc -out file.txt.dec

2.3 对称加密与协作

虽然非对称加密易于实现，但其计算量较大。针对大文件传输，通常使用对称加密结合非对称加密进行优化：生成对称加密密钥：

openssl rand -base64 128 -out aeskey.txt

对文件进行对称加密：

openssl enc -aes-256-cbc -salt -in file.txt -out file.txt.aesenc -pass file:aeskey.txt

解密：

openssl enc -d -aes-256-cbc -in file.txt.aesenc -out file.txt.aesdec -pass file:aeskey.txt

值得注意的是，密码文件通常会用非对称加密方式分发给对方。

3 证书与签名流程

3.1 生成证书签名请求

使用 OpenSSL 生成证书签名请求(Certificate Signing Request)：

openssl req -new -key private.pem -out pppan.csr

校验并获取CSR信息：

openssl req -in pppan.csr -noout -text

3.2 CA签名

CA机构签名并颁发证书：

openssl req -x509 -newkey rsa:4096 -nodes -keyout cakey.pem -out cacert.pem -outform PEM

openssl ca -config openssl-ca.cnf -policy sp -extensions sr -infiles pppan.csr -out pppan.crt

3.3 证书验证

验证证书合法性：

openssl verify -CAfile Trusts.pem pppan.crt

4 其他加密技术

4.1 Base64

Base64 是一种常见的编码格式，用于传输二进制数据。例如，生成Base64编码：

openssl enc -base64 -in file.txt -out file.txt.b64

解码：

openssl dec -base64 -in file.txt.b64 -out file.txt

4.2 MD5

使用MD5进行数据校验：

openssl md5 file.txt

验证状态：

memcmp(md_str, "d41d8cd98f00b204e8", 16) == 0

4.3 SHA-1

计算 SHA-1 摘要：

openssl sha1 file.txt

验证：

echo -n "97142F6D9B7AEF5E1E0DAC6FADEC0BE93CAE7CF" > file.txt.sha1openssl sha1 file.txt -verify file.txt.sha1

4.4 HMAC

基于密钥的哈希认证：

KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5", secretKey);byte[] macData = mac.doFinal(inputData);