本文摘錄參考：
- 細說 CA 和證書（主要講解 CA 的使用）
- 數字簽名是什么？（簡單理解原理）
- 深入淺出 HTTPS 工作原理（深入理解原理）
HTTP 協議由於是明文傳送，所以存在三大風險：
- 1、被竊聽的風險：第三方可以截獲並查看你的內容
- 2、被篡改的危險：第三方可以截獲並修改你的內容
- 3、被冒充的風險：第三方可以偽裝成通信方與你通信
HTTP 因為存在以上三大安全風險，所以才有了 HTTPS 的出現。
HTTPS 涉及到了很多概念，比如 SSL/TSL，數字證書、數字簽名、加密、認證、公鑰和私鑰等，比較容易混淆。我們先從一次簡單的安全通信故事講起吧，其中穿插復習一些密碼學的概念。
一、關於 Bob 與他好朋友通信的故事
這個故事的原文是：
http://www.youdzone.com/signature.html
阮一峰老師也翻譯過：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
這里重新敘述一下這個故事：
故事的主人公是 Bob，他有三個好朋友 Pat、Doug 和 Susan。Bob 經常跟他們寫信，因為他的信是明文傳輸的，在傳遞過程可能被人截獲偷窺，也可能被人截獲然后又篡改了，更有可能別人偽裝成 Bob 本人跟他的好朋友通信，總之是不安全的。他很苦惱，經過一番苦苦探索，誒，他發現計算機安全學里有一種叫非對稱加密算法的東東，好像可以幫助他解決這個問題。
說明：非對稱加密算法（RSA）是內容加密的一類算法，它有兩個秘鑰：公鑰與私鑰。公鑰是公開的鑰匙，所有人都可以知道，私鑰是保密的，只有持有者知道。通過公鑰加密的內容，只能通過私鑰解開。非對稱加密算法的安全性很高，但是因為計算量龐大，比較消耗性能。
好了，來看看 Bob 是怎么應用非對稱加密算法與他的好朋友通信的：
1、首先 Bob 弄到了兩把鑰匙：公鑰和私鑰；
2、Bob 自己保留下了私鑰，把公鑰復制成三份送給了他的三個好朋友 Pat、Doug 和 Susan；
3、此時，Bob 總算可以安心地和他的好朋友愉快地通信了。比如 Susan 要和他討論關於去哪吃午飯的事情，Susan 就可以先把自己的內容（明文）首先用 Bob 送給他的公鑰做一次加密，然后把加密的內容傳送給 Bob。Bob 收到信后，再用自己的私鑰解開信的內容；
說明：這其實是計算機安全學里加密的概念，加密的目的是為了不讓別人看到傳送的內容，加密的手段是通過一定的加密算法及約定的密鑰進行的（比如上述用了非對稱加密算法以及 Bob 的公鑰），而解密則需要相關的解密算法及約定的秘鑰（如上述用了非對稱加密算法和 Bob 自己的私鑰），可以看出加密是可逆的（可解密的）。
4、Bob 看完信后，決定給 Susan 回一封信。為了防止信的內容被篡改（或者別人偽裝成他的身份跟 Susan 通信），他決定先對信的內容用 hash 算法做一次處理，得到一個字符串哈希值，Bob 又用自己的私鑰對哈希值做了一次加密得到一個簽名，然后把簽名和信（明文的）一起發送給 Susan；
說明 2：Bob 的內容實質是明文傳輸的，所以這個過程是可以被人截獲和窺探的，但是 Bob 不擔心被人窺探，他擔心的是內容被人篡改或者有人冒充自己跟 Susan 通信。這里其實涉及到了計算機安全學中的認證概念，Bob 要向 Susan 證明通信的對方是 Bob 本人，另外也需要確保自己的內容是完整的。
5、Susan 接收到了 Bob 的信，首先用 Bob 給的公鑰對簽名作了解密處理，得到了哈希值 A，然后 Susan 用了同樣的 Hash 算法對信的內容作了一次哈希處理，得到另外一個哈希值 B，對比 A 和 B，如果這兩個值是相同的，那么可以確認信就是 Bob 本人寫的，並且內容沒有被篡改過；
說明：4 跟 5 其實構成了一次完整的通過數字簽名進行認證的過程。數字簽名的過程簡述為：發送方通過不可逆算法對內容 text1 進行處理（哈希），得到的結果值 hash1，然后用私鑰加密 hash1 得到結果值 encry1。對方接收 text1 和 encry1，用公鑰解密 encry1 得到 hash1，然后用 text1 進行同等的不可逆處理得到 hash2，對 hash1 和 hash2 進行對比即可認證發送方。
6、此時，另外一種比較復雜出現了，Bob 是通過網絡把公鑰寄送給他的三個好朋友的，有一個不懷好意的家伙 Jerry 截獲了 Bob 給 Doug 的公鑰。Jerry 開始偽裝成 Bob 跟 Doug 通信，Doug 感覺通信的對象不像是 Bob，但是他又無法確認；
7、Bob 最終發現了自己的公鑰被 Jerry 截獲了，他感覺自己的公鑰通過網絡傳輸給自己的小伙伴似乎也是不安全的，不懷好意的家伙可以截獲這個明文傳輸的公鑰。為此他想到了去第三方權威機構"證書中心"（certificate authority，簡稱 CA）做認證。證書中心用自己的私鑰對 Bob 的公鑰和其它信息做了一次加密。這樣 Bob 通過網絡將數字證書傳遞給他的小伙伴后，小伙伴們先用 CA 給的公鑰解密證書，這樣就可以安全獲取 Bob 的公鑰了。
二、HTTPS 通信過程
通過 Bob 與他的小伙伴的通信，我們已經可以大致了解一個安全通信的過程，也可以了解基本的加密、解密、認證等概念。HTTPS 就是基於這樣一個邏輯設計的。
首先看看組成 HTTPS 的協議：HTTP 協議和 SSL/TSL 協議。HTTP 協議就不用講了，而 SSL/TSL 就是負責加密解密等安全處理的模塊，所以 HTTPS 的核心在 SSL/TSL 上面。整個通信如下：
- 1、瀏覽器發起往服務器的 443 端口發起請求，請求攜帶了瀏覽器支持的加密算法和哈希算法。
- 2、服務器收到請求，選擇瀏覽器支持的加密算法和哈希算法。
- 3、服務器下將數字證書返回給瀏覽器，這里的數字證書可以是向某個可靠機構申請的，也可以是自制的。
- 4、瀏覽器進入數字證書認證環節，這一部分是瀏覽器內置的 TSL 完成的：
- 4.1 首先瀏覽器會從內置的證書列表中索引，找到服務器下發證書對應的機構，如果沒有找到，此時就會提示用戶該證書是不是由權威機構頒發，是不可信任的。如果查到了對應的機構，則取出該機構頒發的公鑰。
- 4.2 用機構的證書公鑰解密得到證書的內容和證書簽名，內容包括網站的網址、網站的公鑰、證書的有效期等。瀏覽器會先驗證證書簽名的合法性（驗證過程類似上面 Bob 和 Susan 的通信）。簽名通過后，瀏覽器驗證證書記錄的網址是否和當前網址是一致的，不一致會提示用戶。如果網址一致會檢查證書有效期，證書過期了也會提示用戶。這些都通過認證時，瀏覽器就可以安全使用證書中的網站公鑰了。
- 4.3 瀏覽器生成一個隨機數 R，並使用網站公鑰對 R 進行加密。
- 5、瀏覽器將加密的 R 傳送給服務器。
- 6、服務器用自己的私鑰解密得到 R。
- 7、服務器以 R 為密鑰使用了對稱加密算法加密網頁內容並傳輸給瀏覽器。
- 8、瀏覽器以 R 為密鑰使用之前約定好的解密算法獲取網頁內容。
備注 1：前 5 步其實就是 HTTPS 的握手過程，這個過程主要是認證服務端證書（內置的公鑰）的合法性。因為非對稱加密計算量較大，整個通信過程只會用到一次非對稱加密算法（主要是用來保護傳輸客戶端生成的用於對稱加密的隨機數私鑰）。后續內容的加解密都是通過一開始約定好的對稱加密算法進行的。
備注 2：SSL/TLS 是 HTTPS 安全性的核心模塊，TLS 的前身是 SSL，TLS1.0 就是 SSL3.1，TLS1.1 是 SSL3.2，TLS1.2 則是 SSL3.3。 SSL/TLS 是建立在 TCP 協議之上，因而也是應用層級別的協議。其包括 TLS Record Protocol 和 TLS Handshaking Protocols 兩個模塊，后者負責握手過程中的身份認證，前者則保證數據傳輸過程中的完整性和私密性。