图解 HTTPS：RSA 握手过程

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不同的密钥交换算法会导致TLS握手过程的差异。首先，让我们简单介绍一下密钥交换算法。由于性能的考虑，加密应用信息时双方使用的是对称加密密钥。对称加密密钥是不能泄漏的，为了确保其安全性，使用非对称加密来协商对称加密密钥，这就是密钥交换算法的作用。接下来，我们以最简单的RSA密钥交换算法为例，来看看它在TLS握手过程中的应用。

在RSA密钥交换算法中，客户端会生成一个随机密钥，并使用服务端的公钥对其进行加密，然后将其传递给服务端。根据非对称加密算法，只有私钥才能解密公钥加密的消息。因此，服务端解密后，双方都获得了相同的密钥，可以用它来加密应用消息。

我使用Wireshark工具抓取了使用RSA密钥交换的TLS握手过程。从下面可以看到，总共经历了四次握手：

对应Wireshark的抓包，我还绘制了一幅图，清晰地展示了该过程。

接下来，我们将对每个TLS握手进行进一步介绍。

TLS第一次握手：客户端首先发送一个”Client Hello”消息，意思是向服务器打招呼。

消息中包含了客户端使用的TLS版本号、支持的密码套件列表以及生成的随机数（Client Random）。这个随机数将由服务端保留，它是生成对称加密密钥的材料之一。

TLS第二次握手：当服务端收到客户端的”Client Hello”消息后，会确认TLS版本号的支持情况，并从密码套件列表中选择一个密码套件，同时生成一个随机数（Server Random）。

随后，服务端返回一个”Server Hello”消息，其中包含了确认的TLS版本号、随机数（Server Random），并从客户端的密码套件列表中选择了一个合适的密码套件。

可以看到，服务端选择的密码套件是”TLSRSAWITHAES128GCMSHA256″。

在这两个握手过程中，客户端和服务端已经确认了TLS版本和使用的密码套件。同时，您可能注意到，客户端和服务端都生成了一个随机数，并将其传递给对方。

那么，这个随机数有什么作用呢？实际上，这两个随机数将用作生成”会话密钥”的条件。会话密钥是在数据传输时使用的对称加密密钥。

接下来，为了证明自己的身份，服务端会向客户端发送一个”Server Certificate”，其中包含了数字证书。

随后，服务端发送一个”Server Hello Done”消息，目的是告诉客户端，已经发送了所有必要的信息，握手过程完成。

客户端验证证书：在这里，客户端收到服务端的数字证书后，需要对其进行验证，以确保其真实有效。

数字证书是用来认证公钥持有者身份的，以防止第三方进行冒充。为了让服务端的公钥得到信任，证书由证书认证机构（CA）签名。CA是网络世界中的公安局和公证中心，具有极高的可信度。因此，由CA签发的证书是被信任的。

为了防止证书内容被篡改，数字证书被签名。在验证数字证书是否可信之前，需要了解证书信任链的问题。因为我们申请的证书通常不是由根证书签发的，而是由中间证书签发的。证书链的验证过程如下：

在这个过程中，客户端最初只信任根证书”GlobalSign Root CA”。然后，”GlobalSign Root CA”信任”GlobalSign Organization Validation CA – SHA256 – G2″证书，而”GlobalSign Organization Validation CA – SHA256 – G2″证书信任”baidu.com”证书。因此，客户端也信任”baidu.com”证书。

通过这样一层层的验证，形成了一条信任链。整个证书信任链验证流程如下图所示：

最后，使用会话密钥对HTTP请求和响应进行加解密。

RSA算法的缺陷是不支持前向保密。因为客户端传递的随机数是使用公钥加密的，一旦服务端的私钥泄漏，之前被第三方截获的所有TLS通信密文都会被破解。

为了解决这个问题，引入了DH密钥协商算法。在DH密钥协商算法中，客户端和服务端各自生成随机数，并根据公开的DH计算公式计算出各自的公钥。然后，双方交换各自的公钥，并根据持有的材料计算出一个共享的随机数作为后续对称加密时使用的密钥。

DH密钥交换过程中，即使第三方截获了公钥，也无法计算出密钥。每次对称加密密钥都是实时生成的，实现了前向保密。

然而，由于DH算法的计算效率问题，后来出现了ECDHE密钥协商算法。大多数网站现在使用的就是ECDHE密钥协商算法。

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