HTTPS 的「秘钥交换 + 证书校验」全流程_秘钥证书

HTTPS 通过「证书像身份证、密钥交换像一次临时暗号本的当面约定」的握手流程，实现了“我是谁＋对话只让你看”双重保障。

全流程图解

分步详解

一、密钥交换（Key Exchange）

1. ClientHello

   • 客户端生成随机数 A（32字节）

   • 发送支持的密码套件列表（如 TLS_AES_128_GCM_SHA256）

   • 发送 客户端公钥（基于椭圆曲线 x25519 生成临时密钥对）

2. ServerHello

   • 服务器生成随机数 B（32字节）

   • 选定密码套件（如 TLS_AES_256_GCM_SHA384）

   • 发送 服务器公钥（临时密钥对）

   • 关键安全机制：

     • 使用 ECDHE 算法（椭圆曲线迪菲-赫尔曼）实现前向保密（FS）

     • 会话密钥公式： 会话密钥 = PRF(A + B, ECDHE(客户端私钥, 服务器公钥))

💡 前向保密（FS）的意义：即使服务器私钥泄露，历史会话也无法被解密！

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二、证书校验（Certificate Verification）

1. 服务器发送证书链

   Certificate Chain: - Leaf Certificate（叶子证书：example.com） - Intermediate CA（中间证书：R3） - Root CA（根证书：ISRG Root X1）

2. 客户端逐级验证

   • 签名验证： 用上级 CA 公钥验证下级证书签名（根证书公钥内置于操作系统）

   • 有效期检查： 确认证书在 Validity Period 内（如 Let\'s Encrypt 有效期为 90 天）

   • 域名匹配： 检查证书的 Subject Alternative Name (SAN) 是否包含请求域名

   • 吊销状态： 通过 OCSP Stapling（服务器返回吊销状态）或 CRL 列表检查

⚠️ 若校验失败（如域名不匹配/证书过期），浏览器显示 NET::ERR_CERT_INVALID。

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三、会话密钥生成

1. 客户端计算：

   • 输入：随机数 A + B + ECDHE 共享密钥 shared_secret

   • 输出：生成 主密钥（Master Secret）

   • 派生：

     客户端写密钥 = HKDF-Expand(Master Secret, \"client key\")服务器写密钥 = HKDF-Expand(Master Secret, \"server key\")

2. 服务器计算：

   • 相同输入 → 相同密钥（无需传输密钥本身）

🔒 加密通信开始：后续所有数据用 AES-GCM 等对称算法加密传输。

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四、握手完成（Finished）

• 客户端发送 Finished 消息（包含所有握手消息的 HMAC 摘要）

• 服务器验证摘要 → 返回自己的 Finished 消息

• 安全意义：确认握手过程未被篡改（防中间人攻击）

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⚡ TLS 1.3 优化亮点

优化项 TLS 1.2 TLS 1.3 收益 握手延迟 2-RTT 1-RTT（0-RTT 可选） 降低 50% 延迟 密钥交换 RSA/静态 DH 仅 ECDHE（临时） 强制前向保密 加密算法 支持弱算法（如 RC4） 仅强算法（AES-GCM） 提升安全性 握手数据量 5-7 KB 2-3 KB 节省带宽

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⚠️ 关键安全风险与规避

1. 0-RTT 重放攻击

   • 风险：攻击者重放 0-RTT 数据（如支付请求）

   • 规避：仅对幂等操作（如 GET）启用 0-RTT

2. 证书透明（Certificate Transparency）

   • 风险：CA 错误签发证书不被察觉

   • 方案：证书必须提交公共日志（如 Google CT）

3. 中间人攻击（MITM）

   • 防御：严格证书校验 + HSTS 强制 HTTPS

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🔍 调试工具

1. Wireshark 抓包分析

   tcp.port == 443 && ssl.handshake.type == 1  # 过滤 ClientHello

   https://example.com/wireshark-tls.png

2. OpenSSL 命令测试

   openssl s_client -connect example.com:443 -tls1_3 -status# 输出证书链/OCSP 状态/协商算法

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💎 总结：HTTPS 安全基石

步骤 核心技术 安全目标 密钥交换 ECDHE（临时密钥） 前向保密 证书校验 X.509 证书链 + OCSP 服务器身份认证 会话密钥生成 HKDF 密钥派生 生成加密密钥 握手完整性验证 Finished 消息 HMAC 防篡改

📌 部署建议：

• 优先启用 TLS 1.3（Nginx 配置 ssl_protocols TLSv1.3;)

• 使用 ECDSA 证书（比 RSA 更高效安全）

• 开启 OCSP Stapling 加速证书吊销检查