桂电准大二 | 从密码学入手重温https协议#

大家好，我是一名桂电准大二学生，前段时间去补了一些密码学原理相关概念，最近想到自己对于经典的https协议还未完全掌握，又回去重温了一下，在此分享自己的见解。

首先还是简单介绍一下https协议（Hypertext Transfer Protocol Secure），全称超文本传输安全协议，在传统HTTP基础上通过SSL/TLS协议实现安全通信，这个算是绝大部分人接触的比较多的，也是最常用的，而像其他一些，比如smb文件共享，P2P点对点连接等用的相对来说比较少，我目前也没有去深究相应原理。

好的有点扯远了，回归正题，咱们先设想一个简单场景，我们作为客户端平时在网上进行搜索的时候，与浏览器，也就是服务器端，到底发生了什么？如何进行连接的？又是如何确认身份并且安全传输数据的？

咱们一步一步来，首先我们思考一下，我们作为客户端要如何与网站建立初步联系？对于一个特定的网站，是有对应ip地址与其绑定的，相当于就是自己的一个独立身份证，但是实际情况下我们不可能记住那么大一串的ip的，怎么办嘞？那就需要通过URL了（Uniform Resource Locator）通过URL咱们就可以定位到服务器的ip地址，从而通过TCP三次握手建立基本连接。

那好，确认连接过后，如何确认对方身份呢？比如在生活中，A要去找B，知道了B所在的位置后如何确认对方是B本人呢？哎这个时候就需要进行身份认证了，生活中一般是对方容貌特征或者身份证进行确认，但是网上服务器不可能有特征呀，怎么办嘞？这个时候就需要第三方机构进行担保了（事实上，需要第三方机构也是为了防止后续的中间人攻击），正常来说，服务器端会先用哈希函数压缩信息，然后进行签名，把自己的数字签名发送给我们，我们用内置CA机构的公钥进行签名验证后，就可以看到CA证书详细的信息了，包含服务器域名，签发日期之类的。

（补充一下，上述这里跳的有点快，关于数字签名，是用私钥来签名，公钥验证的，而CA证书相当于是第三方CA机构给服务器做的担保，起到身份认证的作用，在建立连接之前，客户端是保存有CA机构的公钥的，这个也是公钥基础设施的一部分，通常被硬写入物理机中，服务器端则持有CA证书和自己的私钥，CA机构私钥则是CA机构自己保管的，目的是为了签名，来进行身份认证）

接下来，在确认身份后，就是准备给对方传输数据了，但是此时新的问题又出现了，对称加密需要双方享有共同密钥进行数据传输，不过正常情况下此时并没有这个东西，那怎么办嘞？协议的做法是引入非对称加密，什么意思呢？也就是借助椭圆曲线离散对数问题，双方在本地各自生成临时公私钥，然后将公钥发给对方，然后双方凭借自己的私钥和对方公钥就可以得到共享密钥了（为什么共享，这个原因有严谨的数学层面的推导），当然这一步也有个名字叫做ECDHE密钥交换。

这里值得讨论的点在于，公钥发给对方本身合理，但是如何确保发送过程中不被篡改？此时服务器依旧需要用到CA证书和数字签名，用私钥对公钥进行签名后，把公钥，签名，证书一起发送出去，如果被篡改是肯定会被发现的。但是CA证书只存在于服务器啊，客户端要怎么办呢？设想一下，假如公钥直接发送出去被篡改，后续会发生什么？那就是两者后续根本没有办法得到共享密钥！事实上在得到密钥之后，会用派生密钥生成finished消息的MAC，互相进行校验，如果这一步出现问题，密钥被篡改的现象就会被立刻发现。

最后一步，在交换完密钥后，双方此时就拥有了共享密钥，此时借助抗碰撞哈希函数可以衍生出其他的密钥，也就是HKDF，基于哈希的密钥派生函数，用于后续对称加密，然后就利用常见的加密算法进行数据传输了。

但是大家有没有想过一个问题，都有共享密钥了为什么要衍生密钥？按理来说直接把这个用于对称加密不是就可以了吗？哎其实这么想本身没有问题，问题在于，我们实际加密过程中，不光想要数据安全传输，更想要数据不被篡改。换句话说，咱们不妨设想一个场景，A在很久前欠了B一万块钱，写了借条，抛开中间人攻击这种不谈，B如何才可以证明这个借条里面的内容一定是A写给她的？如果单纯只有对称加密，显然不行，因此这里还需要用MAC，整体数学结构类似哈希函数，不同在于需要密钥才能进行计算，因此可以保证内容安全。

不过其实，对于对称加密来说，正因为两者持有相同的密钥，所以同一条消息正常来说是无法确认到底来自哪一方的，除非是引入数字签名来担保。问题在于https协议中，传输数据阶段其实只有对称加密+MAC，因此这一步理论上无法做到抗抵赖，只能做到防御双方通信外的攻击，至于抗抵赖性则是应用层其他步骤去保证了，和https没什么关系。

当然以上就是https协议在密码学层面的一个大致框架，但是呢，其实协议本身很多细节我没有讲到，比如TLS主要有三个高层协议，握手协议，修改密码规范协议，警报协议。单单握手协议就非常复杂，最基本的握手模式就有：完整握手模式，0RTT握手，会话重启模式，会话重启与DH结合模式。在协议的设计中，每个消息就比如一个HMAC里面放了哪些消息的连接，只变更其中的一小部分，或者去除一小部分，就会造成整个协议安全性的崩塌。但由于本篇文章只是结合密码学一部分核心概念去梳理整个大框架，细节部分暂时没有去深究，还望各位读者和老师海涵。

总之以上就是我自己关于https的一些复习性质的思考，如果有关键细节没有写出来的还望各位老师及时指出！本人感激不尽！

原文发布于知乎（2026-08-20），收录于《桂电密码学本科生的密码学学习笔记》系列，作者：亦梦。