如何用 HTTPS 传纸条

本文来自微信公众号：低并发编程 （ID：dibingfa），原文标题：《破玩意 | 用 HTTPS 传纸条》，作者：闪客

我和小宇早恋了，上课的时候老说话。

老师把我们的座位分得很远，我在第一排，她在最后一排，我们中间隔了很多人。

但我们还是想通过传纸条的方式交流。

我们中间的那些同学，虽然坏心思比较多，但好在可以保证将纸条传递到位，于是我们用传纸条的方式，一直秘密交流着感情。

但好景不长，我们渐渐发现，中间这些同学特别不靠谱，出现了以下两种恶劣的行为：

偷看纸条，把我们的小甜蜜作为他们饭后的谈资。

篡改内容，让我们之间产生了好多误会。

这还了得，我必须得想个办法才行！

单钥匙锁

于是我发明了一个盒子，并且给这个盒子配了一把锁和一把钥匙。

这把锁与普通的锁不太一样，解锁需要钥匙，同时上锁也需要钥匙。

我把这个钥匙复制了一份，给到小宇，这样我每次给她写完小纸条之后，都把纸条放在盒子里，用钥匙把它锁起来。

小宇收到这个盒子后，用钥匙解锁，才能拿出里面的纸条。

同时如果小宇想给我回纸条时，也需要把纸条放在盒子里，并且用钥匙加锁，再传给我。

这样，由于中间的同学没有钥匙，就无法偷窥里面的内容了，也无法篡改里面的内容，问题完美解决。

但好景又不长，由于之前我把钥匙给小宇时，也是通过同学传递过去的，有个同学当时就偷偷又复制了一份，因此拿到了一个钥匙。

于是他每次收到我传给小宇的盒子的时候，就先用钥匙解锁，偷看内容，有的时候甚至还修改内容，放回盒子，然后再用钥匙锁起来。

这还了得，我必须得再想个办法才行！

双钥匙锁 - 防篡改

我绞尽脑汁，通宵达旦了好几天，终于发明出了一把特别神奇的锁。

与这个锁相对应的有两把不同的钥匙 A 和 B，神奇的地方就在于，用钥匙 A 加锁，必须用钥匙 B 才能解锁。反过来用钥匙 B 加锁，必须用钥匙 A 才能解锁。

我对我的这个发明非常满意！感觉可以申请专利了！

我给这个锁起了个名字叫双钥匙锁，那自然之前那个简单的锁，就叫单钥匙锁。

而双钥匙锁这种加解锁的方式，我给起了个名字，叫非对称加解锁，自然，那个单钥匙锁对应的方式，就叫对称加解锁咯。

有了这个发明，我只需要把钥匙 B 给小宇，我每次写纸条时先用钥匙 A 进行加密，然后盒子到了小宇那里，她只需要用钥匙 B 解密，即可看到我的内容了。

这个钥匙 B 被人复制了一份也没关系，坏人只能用钥匙 B 打开盒子偷看我的内容，但是他如果想篡改内容，必须用钥匙 A 才能把盒子锁住，而钥匙 A 一直在我手里，从来没有传递过，没人知道。

当然，坏人也可以用钥匙 B 把盒子锁住，但用 B 锁住的盒子，只能用 A 去解锁，所以如果小宇用自己手里的 B 解锁时，发现解不开，就知道内容被人篡改了。

现在，内容篡改的问题就完美解决了。

还有内容被偷看的问题还没解决，也就是内容泄漏。

双钥匙锁 - 防泄漏

我灵机一动，想到了办法。

我发现，小宇那边已经有了钥匙 B，如果小宇用 B 去加锁，只有钥匙 A 能解锁，而钥匙 A 只有我这里有，这样小宇用钥匙 B 加锁的纸条，就没有任何人能看到并且篡改了！

就着这个思路，因为我们完全是对称的关系，所以只要小宇那边再造一个类似的神奇的锁，然后分配两把钥匙 C 和 D。

然后小宇把钥匙 D 给我，自己保留钥匙 C，这样我只要用钥匙 D 加锁我的内容，就只有小宇能解开了！

这样，就保证了双向的通信安全！中间的坏同学们既无法阅读我们的内容，也无法篡改我们的内容，因为会被我们发现。

但好景又不长，我们发现，这个双钥匙锁由于设计的太过复杂，导致加锁解锁的效率实在是太低了，每次传一个纸条都要费好大劲加锁再解锁，极大降低了我们每天交流的次数，很不爽。

这还了得，我必须得想个办法才行！

单双钥匙锁相互配合

我记得当初用那个单钥匙锁的时候，效率就挺高的，只是因为传送钥匙的过程中容易被坏人偷看到，复制一份出来，就可以监听和篡改我们后续的通讯了。

那我们能不能用双钥匙锁的安全性，把单钥匙锁的钥匙安全地传送给对方，然后之后再用单钥匙锁，高效率地通信。这样，安全性和效率就都有了保证！

我赶紧想出了一个绝妙的方案！

1. 由小宇设计一个双钥匙锁，配两把钥匙 C 和 D，然后把钥匙 D 给我。

2. 我这边准备一个单钥匙锁，配一个钥匙 M，把它放在盒子里，用小宇给我的钥匙 D 加锁，传给小宇。

3. 传送过程中，由于钥匙 D 加锁的盒子只能用钥匙 C 解锁，所以中间人无法查看和篡改内容，最终钥匙 M 被安全传送到小宇那边。

4. 此时，我们双方都有了钥匙 M 和与之对应的单钥匙锁，而且这个钥匙 M 谁都不知道。

5. 在此之后，我们用钥匙 M 去加密我们的信息，对方用钥匙 M 解密我们的信息，达成了安全通信的条件。

简单说就是，小宇给了我把钥匙 D，我用 D 加锁我的 M，传给小宇，之后我们用钥匙 M 进行对称加解锁的方式进行通信。

当然，中间的坏蛋，可以在小宇给我钥匙 D 的时候，偷偷换成别的钥匙 E，但我用 E 加锁我的钥匙 M 之后，小宇是无法用钥匙 C 解锁的，也就知道中间有人动了手脚，那我们就停止我们的通信。

也就是说，中间人可以阻止我们的通信，但是却再也无法偷窥和阅读我们的通信内容了。

太绝了！我们居然在中间人完全不可靠的通信链路上，实现了安全的通信，这简直不可思议！

但好景又不长。

有个又坏又聪明的坏蛋，居然也研究出了这种双钥匙锁的技术！

这些坏蛋给自己也准备了一个双钥匙锁，并且配置了两把钥匙 X 和 Y。

此时他在我们原来的通信方式上，做了这么个事。

1. 由小宇设计一个双钥匙锁，配两把钥匙 C 和 D，然后把钥匙 D 给我。

2. 这个人没把钥匙 D 给我，而是把自己造的钥匙 Y 给了我，但我以为这是小宇给我的呢。

3. 我这边准备一个单钥匙锁，配一个钥匙 M，把它放在盒子里，用小宇给我的钥匙（其实是坏蛋给我的钥匙 Y）加锁，传给小宇。

4. 这个人收到加锁后的盒子，用自己的钥匙 X 轻松解了锁，因为这个锁是被 Y 锁的嘛~ 解锁后取出里面的钥匙 M，复制了一份，然后再用小宇的钥匙 D 加锁。

5. 小宇用 C 解开了锁，得到里面的钥匙 M，这个的确是我给的，但小宇不知道此时已经被坏人知道了，与此同时我也不知道这个事。

6. 于是我们用钥匙 M 加锁解锁通信，坏蛋也同样用钥匙 M 来偷窥或篡改我们的信息。

简单说，就是，我以为我是用小宇的钥匙加密，但却是坏蛋的。小宇以为是我用她的钥匙加密后传给她的 M，因为她解得开，但却是坏蛋伪装的。我们双方都不知情。

坏蛋也真是卷啊，这么精妙的设计也能想出来，只是为了偷窥我和小宇的小纸条，果然八卦是人类的第一生产力。

这肯定不行，我必须又得想个办法才行。

找班长做公证

我苦思冥想，找到了一个解决思路。

首先我们至少有一次，就是第一次传输的那把钥匙，是无法进行加密的，会被中间的所有人看到，这个是无法避免的，否则就一直套娃了。

但是我们能不能做到，可以让对方看到，但却无法篡改呢？

也就是说，坏蛋传给我假钥匙 Y，我可以知道这个是坏蛋的呢？

只靠我们两个，几乎不可能，于是我求助了班长。

我让班长也准备了一个双钥匙锁，然后配置了两把钥匙 J 和 K，然后把钥匙 K 公开让所所有人都知道。

小宇在第一次准备给我钥匙 D 时，不再直接给我了，而是找班长，把钥匙 D 放在一个盒子里，让班长用自己的钥匙 J 给加锁。

然后小宇把这个用钥匙 J 加好锁的盒子传给我，我用班长公开的钥匙 K 解锁盒子，就可以得到小宇的钥匙 D 了。

这样，中间的坏蛋可以用公开的钥匙 K 把盒子打开，看到小宇准备给我的钥匙 D。

但是，他们却无法把自己伪造的钥匙 Y 传给我，因为要想加锁这个盒子，必须有钥匙 J 才行，而钥匙 J 只有班长知道。

也就是说，目前这个内容，中间的坏蛋们只能看，不能修改了！

如果不能修改，我就能成功用小宇给我的真正的钥匙 D 加锁我们之后要通讯用的钥匙 M，于是这个钥匙 M 就被安全地传给了小宇，我们之后就可以用这个谁也不知道的钥匙 M，和配套的单钥匙锁，愉快地聊天了！

可是如果班长同坏蛋勾结，把 J 泄漏或者卖给了坏蛋怎么办呢？那没辙，说明他不配当班长！

这么多钥匙傻傻分不清了

这个环节涉及到很多钥匙

我的单钥匙 M：用来之后我和小宇对称加锁方式通信用的，需要想办法安全传给小宇

小宇的双钥匙 CD：用来让我安全把 M 传给她，做法是把公开的钥匙 D 传给我，我用钥匙 D 加锁我的 M，这样只有她才能用自己的保密钥匙 C 解开，中间人无法得知。

坏蛋的双钥匙 XY：用来传给我伪造的钥匙 Y 让我误以为这是小宇传给我的钥匙 D。

班长的双钥匙 JK：用来加锁小宇的钥匙 D，防止中间的坏蛋篡改这个值。

这在安全领域，分别对应对称加密，非对称加密。

单钥匙就是对称加密，对称加密的速度很快，可以用于传输过程中的数据加密，防止中间人查看和篡改信息。但是如何将对称加密的秘钥安全传递过去，个问题。

双钥匙就是非对称加密，非对称加密的速度慢，可以用于加密少量数据，同时也可以用于签名防止篡改，为什么呢？看后面。

非对称加密的秘钥中，公开让别人知道的就是公钥，比如小宇的钥匙 D 或班长的钥匙 K 等。

留在自己这里不让别人知道的就是私钥，比如小宇的钥匙 C 或班长的钥匙 J 等。

既可以用私钥加密数据，公钥解密数据。也可以用公钥加密数据，私钥解密数据。

公钥加密，私钥解密，这个叫加密，是为了保证内容安全，因为私钥只有自己知道，是为了保证这个信息不被中间人解开。

私钥加密，公钥解密，这个叫签名，是为了防止内容被篡改，因为公钥所有人都知道，所有人都能看到这个信息做验证。

但是，如果想篡改，就必须得篡改原文信息后，用私钥加密，才能得到原来的效果，可惜私钥是不公开的。

还有一种不可逆的哈希函数，这个叫摘要，是无法解密的，这个之后再说。

在刚刚的环节中，首先小宇让班长用私钥 J 加密自己的公钥 D，传给我，这是私钥加密公钥解密，这个目的就是签名，防止公钥 D 在传输过程中被别人篡改。

我得到了公钥 D 之后，加密我的对称加密的秘钥 M，传给小宇，这是公钥加密私钥解密，这个目的是加密，为了让中间人不知道我的 M 是什么。

当然，我们之后的数据传输过程，也可以用这种非对称加密的方式玩，但可惜，非对称加密的复杂度非常高，性能非常低，因此仅仅适合这个传递秘钥 M 的过程，数据量很小，而且仅仅一次。

再之后的传输，就通过我们协商好的对称秘钥 M 进行传输，这个也是加密，与公钥加密私钥解密的目标是一致的，只不过适合的场景不同，对称加密的效率比非对称加密高出好几个数量级。

HTTPS

我和小宇传纸条这个过程，就是 HTTPS 的工作原理。

哦不对，这句话重说一遍，这个破玩意，就是 HTTPS。

我就是客户端，小宇就是服务端，班长就是 CA 机构，中间那些坏蛋同学就是传输链路，用以标明传输链路很不靠谱，有很多中间人想要搞破坏，或者偷窥我们的信息。

本文来自微信公众号：低并发编程 （ID：dibingfa），作者：闪客