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互联网|万字长文拿下HTTPS，面试不再慌！( 三 )


互联网|万字长文拿下HTTPS，面试不再慌！
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机密性实现：加密


实现机密性最常用的手段是加密（encrypt） ， 就是把消息用某种方式转换成谁也看不懂的乱码 ， 只有掌握特殊钥匙的人才能再转换出原始文本 。
这里的钥匙就叫做密钥（key） ， 加密前的消息叫明文（plain text/clear text） ， 加密后的乱码叫密文（cipher text） ， 使用密钥还原明文的过程叫解密（decrypt） 。
所有的加密算法都是公开的 ， 任何人都可以去分析研究 ， 而算法使用的密钥则必须保密 。
这个关键的密钥又是什么呢？由于 HTTPS、TLS 都运行在计算机上 ， 所以密钥就是一长串的数字 ， 但约定俗成的度量单位是位（bit） ， 而不是字节（byte） 。
比如 ， 说密钥长度是 128 ， 就是 16 字节的二进制串 ， 密钥长度 1024 ， 就是 128 字节的二进制串 。
按照密钥的使用方式 ， 加密可以分为两大类：
对称加密
非对称加密
对称加密
很好理解 ， 就是指加密和解密时使用的密钥都是同一个 ， 是对称的 ， 只要保证了密钥的安全 ， 那整个通信过程就可以说具有了机密性 。
举个例子 ， 你想要登录某网站 ， 只要事先和它约定好使用一个对称密码 ， 通信过程中传输的全是用密钥加密后的密文 ， 只有你和网站才能解密 。

黑客即使能够窃听 ， 看到的也只是乱码 ， 因为没有密钥无法解出明文 ， 所以就实现了机密性 。
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TLS 里有非常多的对称加密算法可供选择 ， 比如 RC4、DES、3DES、AES、ChaCha20 等 ， 但前三种算法都被认为是不安全的 ， 通常都禁止使用 ， 目前常用的有 AES-128、AES-192、AES-256 和 ChaCha20 。

DES 的全称是 Data Encryption Standard(数据加密标准)， 它是用于数字数据加密的对称密钥算法 。
尽管其 56 位的短密钥长度使它对于现代应用程序来说太不安全了 ， 但它在加密技术的发展中具有很大的影响力 。
AES 的意思是高级加密标准（Advanced Encryption Standard） ， AES-128 ， AES-192 和 AES-256 都是属于 AES。
密钥长度可以是 128、192 或 256 。 它是 DES 算法的替代者 ， 安全强度很高 ， 性能也很好 ， 而且有的硬件还会做特殊优化 ， 所以非常流行 ， 是应用最广泛的对称加密算法 。
ChaCha20 是 Google 设计的另一种加密算法 ， 密钥长度固定为 256 位 ， 纯软件运行性能要超过 AES ， 曾经在移动客户端上比较流行 ， 但 ARMv8 之后也加入了 AES 硬件优化 ， 所以现在不再具有明显的优势 。
分组模式

对称算法还有一个分组模式的概念 ， 它可以让算法用固定长度的密钥加密任意长度的明文 ， 把小秘密（即密钥）转化为大秘密（即密文） 。
最早有 ECB、CBC、CFB、OFB 等几种分组模式 ， 但都陆续被发现有安全漏洞 ， 所以现在基本都不怎么用了 。
最新的分组模式被称为 AEAD（Authenticated Encryption with Associated Data） ， 在加密的同时增加了认证的功能 ， 常用的是 GCM、CCM 和 Poly1305 。
把上面这些组合起来 ， 就可以得到 TLS 密码套件中定义的对称加密算法 。
比如 ， AES128-GCM ， 意思是密钥长度为 128 位的 AES 算法 ， 使用的分组模式是 GCM；ChaCha20-Poly1305 的意思是 ChaCha20 算法 ， 使用的分组模式是 Poly1305 。
非对称加密
对称加密看上去好像完美地实现了机密性 ， 但其中有一个很大的问题：如何把密钥安全地传递给对方 ， 术语叫密钥交换 。
因为在对称加密算法中只要持有密钥就可以解密 。 如果你和网站约定的密钥在传递途中被黑客窃取 ， 那他就可以在之后随意解密收发的数据 ， 通信过程也就没有机密性可言了 。


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