HTTPS 流程

https://blog.bytebytego.com/p/how-does-https-work-episode-6

可參考原始碼：https://github.com/chromium/chromium/blob/main/net/socket/ssl_client_socket_impl.cc#L474

接著看 Wireshark 實際發送封包之流程

HTTPS 的交握步驟詳細如下：

• ClientHello：

  • 客戶端生成一個隨機數 random-client，並將其連同支持的TLS版本、密碼套件（cipher suites）、壓縮方法和可選擴展等信息發送到服務器端。

  • 傳遞內容：

    • 支持的TLS版本：表示客戶端支持的TLS協議版本（例如TLS 1.2或TLS 1.3）。

    • 密碼套件：包括客戶端支持的加密算法、鑰匙交換算法、MAC算法等的列表。

    • 擴展：例如SNI（Server Name Indication）擴展，用於支持多域名的HTTPS。

• ServerHello：

  • 服務器生成一個隨機數 random-server，並選擇TLS版本、密碼套件，並將其連同服務器的公鑰證書一併回傳給客戶端。

  • 傳遞內容：

    • 公鑰證書：服務器的數字證書，包含服務器的公鑰和由可信任的證書頒發機構（CA）簽名的證書。

    • 密碼套件選擇：服務器從客戶端提供的列表中選擇一個共同支持的密碼套件。

• 客戶端回應：

  • 描述：客戶端收到服務器的ServerHello消息後，保存random-server和公鑰，然後生成一個premaster secret，並用服務器的公鑰加密後發送給服務器。

  • 技術細節：

    • premaster secret：一個隨機生成的值，用於生成會話密鑰。此值僅在這次會話中使用。

    • 加密：使用服務器的公鑰加密premaster secret，保證傳輸過程中的安全。

• 服務器解密：

  • 描述：服務器使用其私鑰解密客戶端傳來的premaster secret，此時雙方都擁有了random-client、random-server和premaster secret這三個關鍵要素。

  • 技術細節：

    • 私鑰解密：服務器使用其私鑰解密premaster secret，保證只有服務器能夠獲取此值。

    • 會話密鑰生成：雙方使用random-client、random-server和premaster secret通過協商好的算法生成會話密鑰（session keys）。

• 建立安全通道：

  • 描述：安全通道建立後，雙方開始使用會話密鑰加密通信內容，保證傳輸的機密性和完整性。

  • 技術細節：

    • Change Cipher Spec：通知對方接下來的通信將使用新協商的密碼套件。

    • Finished：雙方交換加密的Finished消息，確認握手過程無誤並開始安全通信。

  session key: 是 TLS/SSL 最後協商得出的共同密鑰，用来進行後續所有封包的對稱式加密。

可將以下檔案導入 Wireshark 查看

11KB

https-flow.pcapng

Open

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PKI 系統（Public Key Infrastructure）

公鑰基礎設施（PKI）是一套管理數字證書和公私鑰對的技術和規範。PKI 系統的主要組成部分和功能如下：

1. 證書頒發機構（CA, Certificate Authority）：

   • CA 是一個受信任的實體，負責頒發和管理數字證書。它驗證申請者的身份並簽署數字證書，確保證書的真實性和有效性。

2. 註冊機構（RA, Registration Authority）：

   • RA 是 CA 的代理，負責接收證書申請，驗證申請者的身份，並將已驗證的申請轉發給 CA。

3. 數字證書：

   • 數字證書包含持有者的公鑰、持有者的身份信息、CA 的簽名和其他相關信息。證書用來驗證持有者的身份並確保通信的安全性。

   • 常見的證書格式是 X.509。

4. 密鑰生成和管理：

   • PKI 系統負責生成、分發、存儲和管理密鑰對。密鑰管理包括密鑰的備份、恢復、更新和撤銷。

以 AWS 為例，類似以下流程：

  User (You)        AWS (RA)                CA (Amazon Trust Services)
     |                  |                               |
     |  Request Cert    |                               |
     |----------------->|                               |
     |                  |   Validate Domain (DNS/Email) |
     |                  |------------------------------>|
     |                  |                               |
     |                  |  Issue Cert                   |
     |                  |<------------------------------|
     |                  |                               |
     |   Use Cert       |                               |
     |<-----------------|                               |
     |                  |                               |

電腦預設會裝有 CA 憑證

自己當 CA 並幫其他網站簽發 HTTPS 證書之技術步驟

1. 生成自己的 CA 的密鑰對

sh複製程式碼# 生成一個 2048 位的 RSA 私鑰，用於 CA
openssl genpkey -algorithm RSA -out ca_private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

# 從私鑰中提取公鑰，生成 CA 的公鑰證書
openssl req -new -x509 -key ca_private_key.pem -out ca_cert.pem -days 3650 -subj "/CN=My CA"

這會生成一個 CA 的私鑰 ca_private_key.pem 和一個自簽名的 CA 公鑰證書 ca_cert.pem。

2. 幫其他伺服器生成密鑰對

# 生成一個 2048 位的 RSA 私鑰，用於伺服器
openssl genpkey -algorithm RSA -out server_private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

# 從私鑰中提取公鑰
openssl rsa -pubout -in server_private_key.pem -out server_public_key.pem

3. 創建為了簽發其他 HTTPS 伺服器證書的 CSR（Certificate Signing Request）

CSR 包含伺服器的公鑰和身份信息，並用私鑰簽名。

openssl req -new -key server_private_key.pem -out server.csr -subj "/CN=www.example.com"

4. 使用 CA 簽署伺服器的 CSR

CA 驗證伺服器的身份後，簽署 CSR 並生成數字證書。

openssl x509 -req -in server.csr -CA ca_cert.pem -CAkey ca_private_key.pem -CAcreateserial -out server_cert.pem -days 365

即會生成伺服器的數字證書 server_cert.pem。

5. 配置伺服器

將數字證書 server_cert.pem 和私鑰 server_private_key.pem 配置到伺服器，準備進行 SSL/TLS 。