淺談 HTTPS 與 SSL/TLS 的關係

May 23, 2022

Last updated on Nov 30, 2023

在開始之前，先提一下 OSI，它是由國際標準化組織(ISO)針對開放式網路架構所制定的電腦互連標準，全名是開放式通訊系統互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model, OSI），簡稱 OSI 模型。依網路通訊的運作，依不同的傳輸模式、定義的規範與標準，從實體到抽象，將劃分為七層。

HTTP 的傳輸方式

HTTP(HyperText Transfer Protocol) 為應用層的通訊協定，底層使用 TCP(Transmission Control Protocol) 通訊協定作為數據傳輸的方式。因此，在 HTTP 交換資料之前，在兩台機器開啟連線時，需要先進行 TCP 的三次交握(Three-way handshake)，完成後，才是正式進行資料的傳輸。

題外補充: 三次交握的主要目的是避免歷史錯誤連接的建立並讓通信的雙方確定初始序列號

HTTP 本身單純 Request/Resonse 一來一往的進行通訊。

(注意: 此圖僅用於表示兩台機器在各層內的互動方式，並非實際通訊流程)

但是有個問題，就是 HTTP 的內容採用明文的方式傳輸，有可能被有心人士從中進行資料的偽造、竄改或擷取，造成資安的疑慮。

HTTPS 的傳輸方式

網景公司(Netscape)早在 1994 年就想到 HTTP 明文傳輸可能造成的資安問題，他們提出 SSL(Secure Sockets Layer) 的作法。隨後 IETF 🔗 將 SSL 標準化，更新為 TLS(Transport Layer Security)。時至今日，由於安全性問題，大多的瀏覽器已不支援SSL，改為支援 TLS，但習慣上，還是稱為 SSL。目前 TLS 最新版本為 1.3 版。

SSL/TLS 的活動位置，位於 OSI 的 Seseion Layer，針對傳輸資料內容，進行加密與身份驗證，達到保護個人或機敏性資料的目的。

TLS 1.2 與 TLS 1.3 的交握機制有所不同，TLS 1.3 針對安全與交握機制進行改善，減少交握溝通的次數，達到縮減交接的往返時間(Round Trip Time, RTT)與提升安全性。

RTT 指的是，網路封包從發送命令到接收結果，所需要的往返時間。需注意的是客戶端與主機的地理位置距離，會影響資料傳輸所需的時間。

以初次連線為例，來看一下 TLS 1.2 與 TLS 1.3 兩者的差異。

(注意: 此圖僅用於表示兩台機器在各層內的互動方式，並非實際通訊流程)

想進一步了解 TLS 1.2/1.3 的規範，可詳閱 RFC5246 🔗、RFC8446 🔗。

SSL/TLS 簡介

SSL/TLS 的動作大致的分為幾個階段

協商使用的 SSL/TLS 版本、使用的密碼套件(金鑰交換演算法、加密演算法、訊息驗證演算法)
非對稱金鑰的身分認證
對稱金鑰的資料加密

運用身份認證與加密演算法混淆傳輸的資料，以確保網路連線安全及防止在兩個站台間相互傳送的敏感資料被惡意人士擷取、偽造與竄改。

SSL 憑證

SSL 憑證透過授權機構簽發正式憑證，SSL 憑證包含下列資訊擁有者資訊、序號及有效起訖日、憑證簽發相關單位等，而對憑證的信任取決於對憑證核發單位的信心，因為核發單位為憑證的真偽做擔保。憑證授權中心使用多種驗證方法來驗證各單位組織提供的資訊。

憑證可以依「保護範圍」以及「驗證等級」進行劃分，保護範圍越大，驗證等級越高的憑證，價格也就越高。

憑證的保護範圍，是支援的網域多寡劃分

單網域 Single-Domain SSL
通用型 Wildcard SSL
多網域 Multi-Domain SSL

而憑證驗證等級，又分為

域名驗證 (Domain Validation, DV)
組織驗證 (Organization Validation, OV)
延伸驗證 (Extension Validation, EV)

SSL 數位簽章

數位簽章(digital signature) 就的資料的雜湊值 (hash) 經由簽章者的私鑰簽名後的結果。

在 SSL 中，採用 X.509 🔗 的格式規範，並使用非對稱加密演算法，來進行身分認證。

簡單說，在建立連線後，伺服器會將 SSL 憑證內的數位憑證(digital certificate)與加密金鑰發送給客戶端，由客戶端會以非對稱加密方式，進行憑證驗證。

驗證通過，就完成身份的認證，可以接續後面的動作。在連線關閉前，所有傳輸的資料都會在加密的狀態下進行傳輸。

若想要進一步了解數位簽章與認證的機制，這又是個專門的主題，這邊就不多加描，有興趣可參考相關資料。

SSL 加密

採用對稱金鑰，對資料進行加解密。這組金鑰在 SSL/TLS 建立的過程中，就已經決定好雙方共同使用於加解密的金鑰。

可能會好奇為何不使用非對稱加密演算法，更進一步確保資料的安全？最大因素在於非對稱加密的速度慢。