面试题：网络编程之HTTPS协议基础原理

Question

请详细阐述HTTPS协议建立连接的过程，包括客户端和服务器之间交互的消息及各自的作用。

Answer 1

1. 客户端发起请求：
   • 客户端向服务器发送一个 ClientHello 消息。
   • 作用：这个消息包含客户端支持的SSL/TLS版本、加密套件列表（如加密算法、哈希算法等）、随机数（ClientRandom）等信息。服务器根据这些信息来选择合适的加密套件和版本进行后续通信，随机数用于后续生成主密钥等。
2. 服务器响应：
   • 服务器返回 ServerHello 消息。
   • 作用：其中包含服务器选择的SSL/TLS版本、加密套件、另一个随机数（ServerRandom）。这表明服务器对客户端请求的回应，确定了双方使用的加密版本和套件，第二个随机数也用于生成主密钥。
   • 接着服务器发送 Certificate 消息。
   • 作用：此消息包含服务器的数字证书，证书中有服务器的公钥等信息。客户端可以通过验证证书的合法性来确认服务器身份，确保证书是由受信任的证书颁发机构（CA）签发，且未被篡改。
   • 然后服务器发送 ServerHelloDone 消息。
   • 作用：表示服务器的Hello阶段结束，等待客户端进一步回应。
3. 客户端验证与密钥交换：
   • 客户端验证服务器证书的合法性。如果证书合法，客户端生成一个预主密钥（Pre - Master Secret），并用服务器证书中的公钥加密，通过 ClientKeyExchange 消息发送给服务器。
   • 作用：预主密钥是生成主密钥的重要材料，加密传输保证其安全性，只有服务器能用私钥解密获取。
   • 客户端使用之前的 ClientRandom、ServerRandom 和 Pre - Master Secret，通过一定算法计算出主密钥（Master Secret）。同时客户端发送 ChangeCipherSpec 消息。
   • 作用：ChangeCipherSpec 通知服务器后续通信将使用协商好的加密套件和密钥进行加密。客户端还会发送一个 Finished 消息，这个消息是对之前所有握手消息的一个摘要，使用新的密钥和加密算法进行保护。
4. 服务器响应与完成连接：
   • 服务器用私钥解密 ClientKeyExchange 消息获取 Pre - Master Secret，同样使用 ClientRandom、ServerRandom 和 Pre - Master Secret 计算出主密钥。服务器发送 ChangeCipherSpec 消息。
   • 作用：通知客户端后续通信将使用新的加密套件和密钥。服务器也发送一个 Finished 消息，也是对之前所有握手消息的摘要，使用新密钥和加密算法保护。
   • 至此，客户端和服务器之间建立了安全的HTTPS连接，后续数据传输都将使用协商好的加密套件和密钥进行加密保护。