如何描述 HTTPS 的加密流程？

详细讲解 HTTPS 的 TLS 握手过程，包括两次握手阶段和对称加密数据传输。内容涉及 Client Hello、Server Hello 等步骤。

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HTTPS 的加密流程主要依赖 TLS (Transport Layer Security) 协议，用于建立安全连接和传输数据。该流程核心包括两次握手阶段：协商身份和非对称加密建立通信参数，之后切换到对称加密进行实际数据传输。以下根据常见 TLS 版本（如 TLS 1.2 和优化后的 TLS 1.3）整理详细步骤。

  1. 整体加密流程概述
    • 握手阶段（非对称加密）：客户端与服务器协商协议版本、加密算法，并交换密钥（如使用服务器公钥加密预主密钥），以实现身份验证并生成共享对称密钥。握手消耗的网络延时时间称为 RTT（Round-Trip Time）。
    • 数据传输阶段（对称加密）：使用协商生成的会话密钥（如 AES）进行数据加密和解密，以提高效率和保密性。

  2. TLS 握手过程详细步骤（以 TLS 1.2 为主流程） TLS 握手在底层 TCP 连接建立后进行。主要包括：

    2.1. Client Hello 请求 客户端向服务器发送请求：

    • 支持的 TLS 版本（如 TLS 1.2）。
    • 支持的加密套件列表（例如 TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256）。
    • 客户端随机数（32 字节）。
    • 可选项：Session ID、服务器名称指示（SNI）。 目的：启动握手，让服务器知道客户端的能力。

    2.2. Server Hello 响应 服务器返回响应：

    • 确认的 TLS 版本。
    • 选择的加密套件。
    • 服务器随机数（32 字节）。
    • 服务器的数字证书（用于身份验证），包括公钥和证书链（由可信根 CA 签发）。 目的：指定参数进入安全协商阶段。

    2.3. 证书验证 客户端收到服务器证书后：

    • 验证证书有效：包括签发者可信度（使用预置根 CA 公钥）、有效期（如是否过期）、域名匹配（防止中间人攻击）。
    • 检查吊销状态：通过 OCSP 或 CRL 系统。

    2.4. 密钥交换 基于验证完成密钥交换：

    • 预主密钥交换：客户端生成预主密钥（Pre-Master Secret），用服务器公钥（源自证书）加密后发送给服务器。
    • 主密钥生成：服务器使用私钥解密获取预主密钥，双方结合随机数和预主密钥（通过伪随机函数，如 PRF），派生对称会话密钥（如 AES key）。
    • 选择算法差异：在 DHE/ECDHE 算法中，双方各自生成临时 Diffie-Hellman 参数，跳过预主密钥交换。 在 TLS 1.3 中使用 ECDHE 优化为省略部分步骤以减少到一次 RTT。

    2.5. 完成握手确认 双方发送 Change Cipher Spec 和 Finished 消息：

    • Change Cipher Spec：指示后续通信切换到对称加密。
    • Finished 消息：加密验证协商内容的完整性。 完成后开启加密数据传输通道。
  3. 简化版流程对比：TLS 1.3 的优化
    • 主要优化：从两次 RTT 简化为一次 RTT；在优化场景支持一次性握手并快速发送数据（0-RTT）。 
      Key Steps in TLS 1.3:
Client Hello → (包含预计算参数)
Server Hello → (立刻确认算法和公钥, 生成密钥)
→ 切换到对称加密数据流。
    • 优势：提升性能和连接速度，适用于高频交互，如移动端应用。
  4. 后续数据传输阶段
    • 所有数据流都使用对称加密会话密钥（如 AES 或 ChaCha20），提供高效、保密和完整性保护。
    • 例如，网页内容或用户表单提交都以此加密传输。

注意：具体实现可能因算法（如 RSA vs ECDHE 密钥交换）和证书机制略有差异，但核心逻辑一致。TLS 1.2 仍广泛使用，TLS 1.3 更适用于新部署。