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【计算机网络】TLS中的对称加密和非对称加密的应用，应对第三方抓包的双向https认证

news 来源：原创 2025/6/29 0:38:48

TLS工作流程简化版

证书验证流程
客户端通过CA的公钥验证服务器数字证书的签名，确保服务器身份可信，防止中间人攻击。
预主密钥加密传输
客户端生成预主密钥，用服务器证书中的公钥加密后发送给服务器，只有服务器（持有私钥）能解密。
对称加密通信
双方基于预主密钥生成会话密钥（对称密钥），后续通信使用对称加密（如AES）提高效率。

非对称加密用于密钥交换，对称加密用于数据传输

补充的细节

随机数的作用
预主密钥并非直接作为会话密钥，而是结合客户端和服务器各自生成的随机数（Client Random、Server Random），通过特定算法计算出最终的会话密钥。这增强了密钥的随机性和安全性。
加密套件协商
客户端和服务器在握手初期会协商使用的加密算法（如ECDHE+AES-GCM），这决定了后续密钥交换和数据加密的具体方式。
证书链验证
服务器证书可能是由中间CA颁发的，客户端需要验证完整的证书链（从服务器证书到中间CA，最终到根CA），确保每个环节都被信任。
前向安全性
如果使用ECDHE等支持前向安全性的算法，即使服务器私钥日后泄露，过去的会话数据也无法被解密。

简化流程图

客户端                                           服务器│                                                  │├─ Client Hello（发送支持的TLS版本、加密套件、Client Random）─→│                                                  ││  ←── Server Hello（选择加密套件、发送证书、Server Random）──┤│                                                  │├─ 验证证书（用CA公钥验证证书签名）                        ││                                                  │├─ 生成预主密钥 → 用证书中的公钥加密 → 发送给服务器 ───→│                                                  ││  ←──────── 服务器用私钥解密预主密钥 ────────────────┤│                                                  │├─ 双方基于预主密钥+Client Random+Server Random计算会话密钥 ──┤│                                                  │└─ 后续通信使用会话密钥进行对称加密 ──────────────────────┘

常见误解澄清

证书是否包含私钥？
❌ 证书只包含公钥，私钥由服务器严格保密，从不传输。
CA的公钥从哪里来？
🔑 浏览器/操作系统预装了知名CA的根证书（含公钥），无需额外传输。
预主密钥=会话密钥？
❌ 预主密钥是生成会话密钥的重要参数，但会话密钥还结合了双方的随机数，增加了安全性。

最终描述版

TCP三次握手
客户端向服务端发送TLS加密通信请求，附带TLS版本号，支持的密码套件列表，客户端随机数
服务端收到后返回确认TLS版本号，使用的密码套件，服务端随机数，服务端的数字证书
客户端收到后使用内置的CA公钥，验证数字证书，避免第三方伪造，确认无误后，使用证书中附带的服务端公钥，加密生成的预主密钥，返回给服务端，自己通过客户端随机数，服务端随机数，预主密钥，生成用于加解密待传输数据的对称密钥–会话密钥
服务端收到用自身公钥加密的数据，使用保留的私钥解密，确认无误后，使用客户端随机数，服务端随机数，预主密钥生成用于加解密待传输数据的对称密钥–会话密钥
双方使用该会话密钥进行进行对称加密通信
断开连接，TCP四次挥手

应对第三方抓包

引自小林coding https://xiaolincoding.com/
在这里插入图片描述

这是单向https认证的一个抓包场景，在用户点击接收非受信任的CA证书时，可能出现上述情况，
或者自身电脑被植入，第三方的伪造CA公钥，则不会弹出非受信任警告

避免第三方抓包

CA证书的权威性和唯一性：CA（证书颁发机构）是具有权威性和公信力的第三方机构。CA证书是基于严格的身份验证和审核流程颁发的，服务端的CA证书包含了服务端的公钥以及服务端的相关身份信息等，并由CA使用自己的私钥进行签名。第三方很难通过正常途径获得CA为特定服务端颁发的合法证书，因为CA会对申请证书的实体进行严格的身份验证，确保证书与真实的服务端对应。
数据加密传输：客户端与服务端在TLS握手过程中，通过一系列步骤协商出用于加密数据的会话密钥。这个过程中，预主密钥由服务端公钥加密传输，只有拥有对应私钥的服务端才能解密获取。而会话密钥是基于客户端随机数、服务端随机数和预主密钥生成的，即使第三方能截获传输中的随机数等信息，但由于没有服务端私钥来解密预主密钥，就无法计算出会话密钥。所以，第三方即使抓包也只能获取到加密后的数据，无法解密得到原始内容。

第三方难以申请到合法CA证书的原因

CA的审核机制：CA对于证书申请有严格的审核流程。申请证书时，需要提供详细的身份信息、域名所有权证明、组织信息等资料，CA会通过多种方式进行验证，如域名验证、身份验证等。第三方如果没有合法的身份和相关权利，很难通过这些审核。
CA的责任和信誉：CA要对颁发的证书负责，如果随意颁发证书，会损害自身的信誉和公信力，面临法律风险和行业制裁。所以CA会严格遵守规范和标准，不会为不符合要求的第三方颁发证书。

通过HTTPS双向认证增强安全性

HTTPS单向认证的局限：在单向认证中，客户端验证服务端身份，确保连接的服务器是真实可靠的，但服务端不验证客户端身份。这意味着第三方有可能伪装成合法客户端与服务端通信，虽然无法篡改服务端返回给真正客户端的数据，但可以向服务端发送恶意请求。
HTTPS双向认证的原理和优势：双向认证要求客户端和服务端都向对方提供数字证书进行身份验证。在客户端向服务端发送请求时，除了服务端返回证书供客户端验证外，客户端也会向服务端发送自己的证书，服务端使用相应的CA公钥验证客户端证书的合法性。这样可以防止第三方伪装成合法客户端与服务端通信，进一步增强了通信的安全性，避免中间人攻击。

https://github.com/0voice

【计算机网络】TLS中的对称加密和非对称加密的应用，应对第三方抓包的双向https认证

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