基础知识篇：SSL证书入门指南

一、网络通信的安全隐患和HTTP存在的问题

在互联网的发展中，网络通信的安全性一直是一个重要的研究对象。HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）作为一种基础的网络通信协议，主要问题是明文传输。这意味着所有人都能截取到传输的数据。此外，由于HTTP协议并未验证通信双方的身份信息，这就导致通信过程中，攻击者不仅能截取到通信内容，还能伪装成合法的服务器，篡改通信数据。因此，需要有种网络通信协议，用来保障通信数据的安全，保证通信双方是可靠的。HTTP存在的安全隐患及局限性主要有以下几点：

• ​数据泄露​：未经加密的数据在传输过程中可能被截获。
• ​身份伪造​​：攻击者可以伪装成合法服务器，欺骗用户。
• ​数据篡改​：传输过程中的数据可能被恶意篡改。

二、SSL证书的重要性和必要性

为了解决上述问题，SSL（Secure Socket Layer）协议应运而生。SSL是一种安全通信协议，可以用来校验身份实体。而证书是SSL协议的一种载体，被广泛运用在互联网上。SSL证书对通信数据加密，采用可信第三方机构（证书颁发机构，Certificate Authority，简称CA）对身份进行验证，保障了数据的完整、真实。其重要性和必要性体现在以下几点：

• ​数据加密​：SSL证书确保数据在通信过程中加密，只有通信双方能解密，防止数据被获取。
• ​身份验证​：SSL证书由可信机构CA颁发，确保通信双方的身份真实有效。
• ​数据完整​：SSL证书通过校验机制，确保数据完整。

三、SSL和TLS协议的简要历史和它们与HTTP的关系

• ​SSL的诞生​：1994年，Netscape公司开发了SSL协议。
• ​TLS的演进​：1999年，互联网工程任务组（IETF）发布了TLS协议，作为SSL的升级版。随着时间推移，现在SSL已经发布到TLS1.3(2018年)。
• ​HTTPS​：HTTP Secure，即HTTP协议下加入SSL/TLS协议，实现加密通信。

四、SSL证书的基本工作原理及其在加密通信中的作用

SSL证书的工作原理主要涉及握手过程、会话密钥生成、加密数据传输等。SSL/TLS握手是客户端和服务器之间建立安全连接的过程，主要包括以下步骤：

1. ​客户端Hello​：客户端（如浏览器）向服务器发送一个“Hello”消息，其中包含SSL/TLS版本、支持的加密算法、生成的随机数以及其他必要信息。
2. ​服务器Hello​：服务器响应客户端的“Hello”消息，选择SSL/TLS版本和加密算法，生成一个随机数（nonce)，并发送服务器的数字证书（包括公钥）给客户端。
3. ​证书验证​：客户端接收到服务器的证书后，会验证该证书的有效性，包括证书链校验、证书内容验证、证书吊销状态验证等。如果证书验证失败，客户端会终止连接。
   • ​证书链校验​：客户端验证服务器证书是否由可信的CA签署。如果服务器证书是由中间CA签署的，客户端会继续验证中间CA证书，直到找到一个受信任的根CA证书。
   • ​证书内容验证​：客户端检查证书的各项信息，如有效期、证书备注名/授权域名与服务器域名是否匹配等。
   • ​证书吊销状态验证​：客户端可以使用CRL（证书吊销列表）或OCSP（在线证书状态协议）检查证书是否已被吊销。
   • PS：不仅是客户端能校验服务端的真实性，服务端也能校验客户端的真实性，这被称为双向认证，在后续的文章里会详细介绍。
4. ​密钥交换​：
   • 在握手过程中，客户端和服务器使用非对称加密算法（如RSA、ECDHE）协商生成一个会话密钥。这个会话密钥是对称加密密钥，用于加密后续的通信数据。会话密钥的生成可以通过以下几种方式：
     • ​RSA密钥交换​：客户端生成会话密钥，并使用服务器的RSA公钥加密发送给服务器。服务器使用RSA私钥解密获得会话密钥。
     • ​DHE/ECDHE密钥交换​：客户端和服务器通过Diffie-Hellman或椭圆曲线Diffie-Hellman算法，协商生成共享会话密钥。这种方法可以确保前向安全性（Forward Secrecy），即使服务器私钥泄露，历史通信内容仍然安全。
   • ​客户端密钥交换​：客户端生成一个随机的会话密钥（对称加密密钥），然后使用服务器的公钥对该会话密钥进行加密，并将加密后的会话密钥发送给服务器。
   • ​服务器解密​：服务器使用自己的私钥解密客户端发送的会话密钥，得到明文的会话密钥。
5. ​完成握手​：双方确认使用会话密钥进行加密通信，握手过程结束。客户端和服务器发送“Finished”消息，表明握手过程已完成，并开始使用对称加密进行数据传输。对称加密算法（如AES、ChaCha20）效率高，适合大规模数据传输，此前已经验证过通信双方的身份信息，所以可以用协议好的对称秘钥进行数据加密即可。

总结

SSL证书通过握手过程建立安全连接，利用证书验证确保服务器身份，通过密钥交换生成会话密钥，并使用对称加密保护数据传输的机密性和完整性。整个过程保障了网络通信的安全，防止数据窃取、篡改和身份伪造等安全威胁。