CA认证的原理和流程以及https完整通信过程

故事引入——什么是CA证书

看过一些博客，写的比较形象具体。

◇ 普通的介绍信

想必大伙儿都听说过介绍信的例子吧？假设 A 公司的张三先生要到 B 公司去拜访，但是 B 公司的所有人都不认识他，他咋办捏？常用的办法是带公司开的一张介绍信，在信中说：兹有张三先生前往贵公司办理业务，请给予接洽…云云。然后在信上敲上A公司的公章。

张三先生到了 B 公司后，把介绍信递给 B 公司的前台李四小姐。李小姐一看介绍信上有 A 公司的公章，而且 A 公司是经常和 B 公司有业务往来的，这位李小姐就相信张先生不是歹人了。

这里，A公司就是CA证书。

◇ 引入中介机构的介绍信

好，回到刚才的话题。如果和 B 公司有业务往来的公司很多，每个公司的公章都不同，那前台就要懂得分辨各种公章，非常滴麻烦。所以，有某个中介公司 C，发现了这个商机。C公司专门开设了一项“代理公章”的业务。
今后，A 公司的业务员去 B 公司，需要带2个介绍信：

介绍信1：含有 C 公司的公章及 A 公司的公章。并且特地注明：C 公司信任 A 公司。

介绍信2：仅含有 A 公司的公章，然后写上：兹有张三先生前往贵公司办理业务，请给予接洽…云云。

某些不开窍的同学会问了，这样不是增加麻烦了吗？有啥好处捏？

主要的好处在于，对于接待公司的前台，就不需要记住各个公司的公章分别是啥样子的；他/她只要记住中介公司 C 的公章即可。当他/她拿到两份介绍信之后，先对介绍信1的 C 公章，验明正身；确认无误之后，再比对介绍信1和介绍信2的两个 A 公章是否一致。如果是一样的，那就可以证明介绍信2是可以信任的了。

◇ 什么是证书？

“证书”洋文也叫“digital certificate”或“public key certificate”（专业的解释看“这里”）。

它是用来证明某某东西确实是某某东西的东西（是不是像绕口令？）。通俗地说，证书就好比例子里面的公章。通过公章，可以证明该介绍信确实是对应的公司发出的。

理论上，人人都可以找个证书工具，自己做一个证书。那如何防止坏人自己制作证书出来骗人捏？请看后续 CA 的介绍。

◇ 什么是CA？

CA是Certificate Authority的缩写，也叫“证书授权中心”。（专业的解释看“这里”）

它是负责管理和签发证书的第三方机构，就好比例子里面的中介——C 公司。一般来说，CA必须是所有行业和所有公众都信任的、认可的。因此它必须具有足够的权威性。就好比A、B两公司都必须信任C公司，才会找 C 公司作为公章的中介。

◇ 什么是CA证书？

CA 证书，顾名思义，就是CA颁发的证书。

前面已经说了，人人都可以找工具制作证书。但是你一个小破孩制作出来的证书是没啥用处的。因为你不是权威的CA机关，你自己搞的证书不具有权威性。

这就好比上述的例子里，某个坏人自己刻了一个公章，盖到介绍信上。但是别人一看，不是受信任的中介公司的公章，就不予理睬。坏蛋的阴谋就不能得逞啦。

文本后续提及的证书，若无特殊说明，均指 CA 证书。

概念解释

CA

CA(Certificate Authority)被称为证书授权中心，是数字证书发放和管理的机构。
根证书是CA认证中心给自己颁发的证书,是信任链的起始点。安装根证书意味着对这个CA认证中心的信任。
数字证书颁发过程一般为：
1、用户首先产生自己的密钥对。
2、将公共密钥（公钥）及部分个人身份信息传送给认证中心。
3、认证中心在核实身份后，将执行一些必要的步骤，以确信请求确实由用户发送而来，然后，认证中心将发给用户一个数字证书，该证书内包含用户的个人信息和他的公钥信息，同时还附有认证中心的签名信息

有4个概念一定要清楚：

1.1 CA根证书，CA证书

CA证书有两个作用：

签发数字证书（用户找CA签发）
校验数字证书（客户找CA校验收到的证书是否合法有效）

在SSL通信握手过程中，需要将公钥数字证书交给对方，对方如何对数字证书进行校验？就是要在找到签发此证书的CA证书及证书链，一直找到CA根证书。

1.2 数字证书

使用CA证书的私钥给用户生成的公钥签名，生成公钥数字签名证书。证书是为了防伪、防冒充的。

我们通常说的数字证书都是公钥数字证书：包含公钥、签发证书的CA证书信息、CA数字签名等数据。

要验证数字证书的真伪，就需要找到签发这个证书的CA证书，要验证CA证书的真伪则需要找到签发CA证书的CA证书，就这样一直找到根证书。

1.3 非对称密钥系统

非对称加密：在非对称加密系统中，公钥加密的数据只有私钥才能解密，私钥加密的数据只有公钥才能解密。

加密：公钥加密，私钥解密

签名：私钥加密、公钥解密

1.4 ssh免密登录

在ssh免密登录中，需要将公钥放到远程服务器中，本地保存私钥，即可实现免密登录。

证书的签发过程

服务方 S 向第三方机构CA提交公钥、组织信息、个人信息(域名)等信息并申请认证；
CA 通过线上、线下等多种手段验证申请者提供信息的真实性，如组织是否存在、企业是否合法，是否拥有域名的所有权等；
如信息审核通过，CA 会向申请者签发认证文件-证书。证书包含以下信息：申请者公钥、申请者的组织信息和个人信息、签发机构 CA的信息、有效时间、证书序列号等信息的明文，同时包含一个签名；签名的产生算法：首先，使用散列函数计算公开的明文信息的信息摘要，然后，采用CA 的私钥对信息摘要进行加密，密文即签名；
客户端 C 向服务器 S 发出请求时，S 返回证书文件；
客户端 C 读取证书中的相关的明文信息，采用相同的散列函数计算得到信息摘要，然后，利用对应 CA的公钥解密签名数据，对比证书的信息摘要，如果一致，则可以确认证书的合法性，即公钥合法；
客户端然后验证证书相关的域名信息、有效时间等信息；
客户端会内置信任 CA 的证书信息(包含公钥)，如果CA不被信任，则找不到对应 CA 的证书，证书也会被判定非法。

在这个过程注意几点：

申请证书不需要提供私钥，确保私钥永远只能服务器掌握；
证书的合法性仍然依赖于非对称加密算法，证书主要是增加了服务器信息以及签名；
内置 CA 对应的证书称为根证书，颁发者和使用者相同，自己为自己签名，即自签名证书；
证书=公钥+申请者与颁发者信息+签名；

https认证流程

服务器生成一对密钥，私钥自己留着，公钥交给数字证书认证机构（CA）
CA进行审核，并用CA自己的私钥对服务器提供的公钥进行签名生成数字证书
将生成的数字证书部署到web服务器
client在https建立连接时，需要先从服务器获取数字证书，在本机找到数字证书的签发机构的CA的公钥（根证书）对数字证书进行验证，比对一致，说明该数字证书确实是CA颁发的（得此结论有一个前提就是：客户端的CA公钥确实是CA的公钥，即该CA的公钥与CA对服务器提供的公钥进行签名的私钥确实是一对。），而CA又作为权威机构保证该公钥的确是服务器端提供的，从而可以确认该证书中的公钥确实是合法服务器端提供的。

注：为保证第4步中提到的前提条件，CA的公钥必须要安全地转交给客户端**（CA根证书必须先安装在客户端）**，因此，CA的公钥一般来说由浏览器开发商内置在浏览器或操作系统的内部。于是，该前提条件在各种信任机制上，基本保证成立。

http通信存在的问题

1、容易被监听
http通信都是明文，数据在客户端与服务器通信过程中，任何一点都可能被劫持。比如，发送了银行卡号和密码，hacker劫取到数据，就能看到卡号和密码，这是很危险的
2、被伪装
http通信时，无法保证通行双方是合法的，通信方可能是伪装的。比如你请求www.taobao.com,你怎么知道返回的数据就是来自淘宝，中间人可能返回数据伪装成淘宝。
3、被篡改
hacker中间篡改数据后，接收方并不知道数据已经被更改

共享密钥加密和公开密钥加密

后续内容的需要，这里插播一段共享密钥加密和公开密钥加密

共享密钥加密
共享密钥的加密密钥和解密密钥是相同的，所以又称为对称密钥

公开密钥加密
加密算法是公开的，密钥是保密的。公开密钥分为私有密钥和公有密钥，公有密钥是公开的，任何人(客户端)都可以获取，客户端使用公有密钥加密数据，服务端用私有密钥解密数据。

异同
共享密钥加密与公开密钥加密相比，加解密处理速度快，但公开密钥更适应互联网下使用

https解决的问题

https很好的解决了http的三个缺点（被监听、被篡改、被伪装），https不是一种新的协议，它是http+SSL(TLS)的结合体，SSL是一种独立协议，所以其它协议比如smtp等也可以跟ssl结合。https改变了通信方式，它由以前的http—–>tcp，改为http——>SSL—–>tcp；https采用了共享密钥加密+公开密钥加密的方式

1、防监听
数据是加密的，所以监听得到的数据是密文，hacker看不懂。
2、防伪装
伪装分为客户端伪装和服务器伪装，通信双方携带证书，证书相当于身份证，有证书就认为合法，没有证书就认为非法，证书由第三方颁布，很难伪造
3、防篡改
https对数据做了摘要，篡改数据会被感知到。hacker即使从中改了数据也白搭。

https完整通信过程

HTTPS在传输的过程中会涉及到三个密钥：

服务器端的公钥和私钥，用来进行非对称加密
客户端生成的随机密钥，用来进行对称加密

一个HTTPS请求实际上包含了两次HTTP传输，可以细分为8步。
1.客户端向服务器发起HTTPS请求，连接到服务器的443端口

2.服务器端有一个密钥对，即公钥和私钥，是用来进行非对称加密使用的，服务器端保存着私钥，不能将其泄露，公钥可以发送给任何人。

3.服务器将自己的公钥发送给客户端。

4.客户端收到服务器端的证书之后，会对证书进行检查，验证其合法性，如果发现发现证书有问题，那么HTTPS传输就无法继续。严格的说，这里应该是验证服务器发送的数字证书的合法性。如果公钥合格，那么客户端会生成一个随机值，这个随机值就是用于进行对称加密的密钥，我们将该密钥称之为client key，即客户端密钥，这样在概念上和服务器端的密钥容易进行区分。然后用服务器的公钥对客户端密钥进行非对称加密，这样客户端密钥就变成密文了，至此，HTTPS中的第一次HTTP请求结束。

5.客户端会发起HTTPS中的第二个HTTP请求，将加密之后的客户端密钥发送给服务器。

6.服务器接收到客户端发来的密文之后，会用自己的私钥对其进行非对称解密，解密之后的明文就是客户端密钥，然后用客户端密钥对数据进行对称加密，这样数据就变成了密文。

7.然后服务器将加密后的密文发送给客户端。

8.客户端收到服务器发送来的密文，用客户端密钥对其进行对称解密，得到服务器发送的数据。这样HTTPS中的第二个HTTP请求结束，整个HTTPS传输完成。