HTTPS

超文本传输安全协议（HyperText Transfer Protocol Secure，常称为HTTP over TLS、HTTP over SSL或HTTP Secure）是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，但利用SSL/TLS来加密数据包。

为什么要用HTTPS

在网页上登录私人账号或者使用移动支付时，需要向服务端发送请求进行认证，通过请求头cookie或者token带上凭证，在服务端认证，然而在HTTP协议下，容易遭到中间人攻击，那通信就是在一个不安全信道内进行，也就不能保证交换数据的隐私与完整性。

所以，

HTTPS开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。

主要作用是在不安全的网络上创建一个安全信道，并可在使用适当的加密包和服务器证书可被验证且可被信任时，对窃听和中间人攻击提供合理的防护。

HTTPS为什么是安全的

HTTPS是如何保证在不安全的网络上信道安全？前面说过HTTPS是通过SSL/TSL加密数据包来实现HTTP的安全通信，所以问题的关键，SSL加密是怎么实现的？

公钥加密和对称性加密的组合

密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥。

为什么交换密钥？

客户端通过信道将消息发送给服务端，并对消息进行加密；接收方接收到消息，进行必要的解密，而这应该建立在接收者知道发送者如何加密的基础上；当服务端响应给客户端消息时，显然客户端应该知道服务端是如何加密的。

所以加密和解密应在密钥交换的基础上进行。

Symmetric Key Cryptography 对称密钥加密

即密钥加密。发送方和接收方共享密钥，加密和解密使用相同的密钥，或者两个简单相互推算的密钥。

  1. 发送方发送消息时，加密算法接受密钥和消息作为参数，对消息进行加密，加密完成后，生成密文，并通过信道发送给接收方。
  2. 接收方接收到消息后，解密算法使用同样的密钥将密文解密为明文。
  3. 如果有第三方恶意监听截获密文，没有密钥也很难解密。即使暴力破解，也要消耗巨大算力，这显然不划算。

在只有发送方和接收方知道密钥的情况下，才可以实现发送的密文可以被唯一解密。解密使用加密时的密钥，接收方和发送方使用同一密钥，这就是对称密钥加密。

所以，能否实现对称加密，就看能否保证密钥只被接收方和发送方访问。

如果通信是在一个不安全的信道内进行，如何保证？

Public-key cryptography 公钥加密

公钥密钥加密。它需要使用不同的密钥来分别完成加密和解密操作，一个公开发布，即公开密钥，另一个由用户自己秘密保存，即私用密钥。

  1. 发送方发送消息时，加密算法接受公钥和消息作为参数，加密完成后，密文通过不安全的信道发送给接收方。
  2. 接收方接收到消息后，解密算法使用私钥将密文解密。私钥只有接收方知道，所以只有接收方能解密。
  3. 第三方入侵者截获到加密消息，没有私钥也无法解密。

为什么不能加密解密都使用公钥呢？公钥加密解密的开销太大。对称加密的速度比公钥加密快很多。

SSL / TLS如何工作

TSL使用公钥密码术在发送方和接收方之间建立公共密钥，然后使用对称密钥密码术进行进一步通信。

一旦客户端和服务器都同意使用TLS协议，他们通过使用一个握手过程协商出一个有状态的连接以传输数据。通过握手，客户端和服务器协商各种参数用于创建安全连接：

  1. 客户端连接到服务器，发送Client Hello要求创建安全连接，握手开始

    • Client Hello 消息内容
    1. 支持的TLS协议版本
    2. 并列出受支持的密码组合（加密算法和加密哈希函数）
    3. 客户端生成的随机数RNc（用于之后的session key）

  2. 服务器从列表中决定加密和散列函数，发送Server Hello

    • Server Hello 消息内容
    1. 确认使用的TLS议版本，浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭通信
    2. 服务器生成的随机数RNs（用于之后的session key）
    3. 确认使用的加密算法和函数

  3. 服务器发回其数字证书，证书包括

    1. 服务器名称
    2. 授信机构(Certification Authentication)
    3. 服务器公钥(public key server)

  4. 客户端确认证书的有效性

  5. 服务器请求客户端公钥。客户端有证书则双向身份认证，无证书随机生成公钥。

  6. 客户端创建一个随机pre-master密钥，并使用服务端公钥对其加密，之后发给服务端

  7. 服务端接收到pre-master密钥。服务端和客户端基于pre-master密钥各自生成Master密钥和会话密钥(session key)

  8. 客户端发送”Change cipher spec”给服务端，表示客户端已经开始使用session key来对消息散列加密，同时发送”Client finished”消息

  9. 服务端接收到”Change cipher spec”，将其记录层状态转换为使用Session key对称加密。发送”Server finished”消息到客户端。

  10. 之后双方可以在建立的安全信道上进行数据交换，所有消息通过Session key进行对称加密。

任何一个步骤失败，TLS握手过程就会失败并断开连接。握手完毕后的连接是安全的，直到关闭连接。

对称加密保证了通信的私密性，公钥加密保证数据的完整性。

在传输层之上，建立了TLS协议，确保客户端和服务器之间的安全通信；在TLS之上，运行HTTP。

SSL的配置

如果在生产环境，要向用户提供服务，就要通过认证过程：通过证书颁发机构（Certification Authorities），颁发公共证书。

这些证书颁发机构将验证你的凭据，确保你符合声明的身份。通过后，CA向你颁发一个公钥和一个私钥，在服务器站点使用。因此，一旦CA发出公钥和私钥，公钥将由CA认证，然后公钥也将携带公钥证书。这个证书也就是你的服务发送给客户端的证书。

由于大多数浏览器都拥有这些CA的可信根证书，所以，他们将能够通过获取你的证书，然后在已知证书已由CA签名的情况下验证证书，生成你的私钥。这样，客户端建立起认证。

但在开发环境下，如何配置公钥和私钥？

使用OpenSSL生成自签名证书。

安装OpenSSL之后，在CMD窗口下

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C:\OpenSSL-Win64\bin\openssl.cfg	// 打开openssl.cfg文件
OpenSSL> genrsa -out private.key 1024	// 使用rsa算法，生成1024位长的私钥     没有-out，不会自动保存为文件，而是输出在命令行
OpenSSL> req -new -key private.key -out cert.csr	// 生成certificate signing request文件
OpenSSL> x509 -req -in cert.csr -signkey private.key -out certificate.pem	// 生成证书，可以分发给客户端

Node配置HTTPS服务

bin文件夹下，更改www文件如下

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var https = require('https')
var fs = require('fs')

. . . 
app.set('secPort', port+443)	// https服务端口一般+443
. . .
//	配置HTTPS服务必须的私钥和证书
var options = {
    key: fs.readFileSync(__dirname+'/private.key'),
    cert: fs.readFileSync(__dirname+'/certificate.pem')
}
// 创建HTTPS服务
var secureServer = https.createServer(options, app)

// 启动服务
secureServer.listen(app.get('secPort'), () => {
    console.log('Server listening on port', app.get('secPort'))
})
secureServer.on('error', onError)
secureServer.on('listening', onListening)

更改spp.js文件

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app.all('*', (req, res, next) => {
    if (req.secure) {
        return next()
    } else {
        res.redirect(307, 'https://' + req.hostname + ':' + app.get('secPort') + req.url)
    }
})