HTTPS加密原理深度解析：证书链与TLS 1.3优化实战

加密

HTTPS在HTTP基础上增加了加密层，确保数据传输安全。其核心在于通过密钥对数据进行加解密处理。

数据加密机制

客户端与服务端之间通过共享密钥实现加解密，这就是对称加密，而共享的密钥称为会话密钥。

因此，HTTPS对传输数据采用对称加密方式。

关键问题在于：如何安全交换会话密钥？ 如果密钥交换过程被窃听，整个加密体系将失效。

这时就需要引入非对称加密机制。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。客户端使用服务端公钥加密会话密钥后传输，服务端再用私钥解密获取密钥。

密钥交换流程简化如下：

1. 客户端发起连接请求
2. 服务端返回公钥
3. 客户端使用公钥加密会话密钥并发送
4. 服务端使用私钥解密获取会话密钥

需要注意的是，实际交换的是"预主密钥"，最终会话密钥由预主密钥和随机数通过算法计算得出。

加密过程包含两个关键环节：

• 密钥交换：采用非对称加密
• 数据传输：采用对称加密

只要服务端妥善保管私钥，即使中间人截获数据也无法解密。

证书

服务器身份验证

仅靠加密还不够，必须确保连接的是合法服务器。如果客户端被诱导连接恶意服务器，加密将失去意义。

HTTPS通过数字证书解决身份验证问题。证书由权威机构颁发，与服务器域名绑定。建立连接时，服务器需向客户端出示证书。

证书验证机制

浏览器通过证书链验证证书真实性。证书链包含：服务器证书 → 中间证书 → 根证书。

验证过程基于数字签名技术：

• 从服务器证书提取签名信息，使用上级证书公钥解密得到哈希值H2
• 对服务器证书计算哈希值H1
• 对比H1与H2，若相等则证书有效
• 逐级验证直至根证书

根证书内置于操作系统和浏览器，验证过程无需网络请求。

证书验证还包括域名匹配、有效期检查等。任何一项验证失败，连接都会立即终止。

数字签名在HTTPS中主要有两个应用场景：

• 数据加密：公钥加密，私钥解密
• 身份验证：私钥签名，公钥验证

证书相当于服务器的数字身份证，向客户端证明其合法身份。

加密优化

传统加密方式存在前向保密隐患。如果服务器私钥泄露，历史会话密钥可能被破解。

TLS 1.3通过临时密钥对解决这个问题：

1. 客户端生成临时密钥对，发送公钥至服务器
2. 服务器生成临时密钥对，返回公钥至客户端
3. 双方通过椭圆曲线算法计算共享密钥
4. 基于共享密钥生成最终会话密钥

核心改进：

• 服务器长期密钥不再参与加密过程
• 握手流程从3次缩减为2次
• 临时密钥在会话结束后立即销毁

即使长期私钥泄露，历史会话仍保持安全，因为破解需要获取已销毁的临时私钥。

总结

HTTPS = HTTP + TLS，当前主流采用TLS 1.3，具备两大核心功能：

证书验证

• 证书链确保服务器真实性
• 数字签名验证证书合法性

加密传输

• 基于椭圆曲线的临时密钥交换
• 会话密钥实现数据加解密

加密保障数据传输安全，证书确保连接对象可信。