面试题：网络编程之HTTPS在Web浏览器中的基础安全机制

Question

请简述HTTPS在Web浏览器中保障安全所依赖的主要加密机制，以及它们是如何协同工作的。

Answer 1

主要加密机制

1. 对称加密：
   • 原理：使用相同的密钥进行加密和解密。例如，常见的AES（高级加密标准）算法，它对数据块进行加密。在HTTPS中，对称加密用于对实际传输的数据进行加密，因为其加密和解密速度快，适合大量数据的处理。
   • 优点：加密和解密速度快，效率高。
   • 缺点：密钥管理困难，因为通信双方需要共享密钥，且密钥在传输过程中容易被截获。
2. 非对称加密：
   • 原理：使用一对密钥，即公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。例如RSA算法，发送方用接收方的公钥对数据加密，接收方用自己的私钥解密。在HTTPS中，非对称加密主要用于密钥交换。
   • 优点：解决了密钥分发的问题，不需要共享密钥。
   • 缺点：加密和解密速度慢，不适合大量数据的加密。
3. 数字证书：
   • 原理：由受信任的证书颁发机构（CA）颁发，包含了网站的公钥、网站信息、CA的签名等。它用于验证网站的身份，确保客户端连接的是真实的服务器，而不是中间人伪装的。
   • 作用：保证公钥的真实性，防止中间人篡改公钥。

协同工作过程

1. 握手阶段：
   • 客户端发起请求：客户端向服务器发送一个包含客户端支持的加密算法列表等信息的“ClientHello”消息。
   • 服务器响应：服务器收到“ClientHello”后，选择一种双方都支持的加密算法，并发送“ServerHello”消息，其中包含服务器的数字证书（包含服务器公钥）。
   • 客户端验证证书：客户端收到服务器的数字证书后，使用本地信任的CA根证书来验证证书的真实性和有效性。如果证书验证通过，客户端提取出服务器的公钥。
   • 密钥交换：客户端生成一个随机的对称密钥（称为“预主密钥”），用服务器的公钥对其加密，然后发送给服务器。服务器用自己的私钥解密得到预主密钥。
   • 生成会话密钥：客户端和服务器双方根据预主密钥，通过相同的算法生成会话密钥（对称密钥）。这个会话密钥用于后续的数据传输加密。
2. 数据传输阶段：
   • 加密传输：客户端和服务器使用生成的会话密钥（对称加密）对传输的数据进行加密。例如，客户端向服务器发送HTTP请求时，先对请求数据用会话密钥加密，服务器收到后用相同的会话密钥解密。响应数据同样如此处理，从而保证数据在传输过程中的保密性和完整性。