在本地环境使用 HTTPS

公网环境使用 HTTPS 参考：使用 Certbot 获取 Let’s Encrypt 颁发的 TLS 证书｜ ZYF.IM。

简介

HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure）是在 HTTP 之上通过 TLS/SSL 实现加密的安全通信协议，用来保护浏览器与服务器之间的数据机密性、完整性与身份可信性。

开始实验

mkcert 会在本地生成一套根 CA（包含根证书和私钥），并把根证书导入系统/浏览器的信任列表。随后，它用这套 CA 的私钥为 localhost 等域名签发服务器证书；因为根证书已被信任，浏览器访问时就会把服务器证书视为可信。

brew install mkcert
mkcert -install
mkcert localhost
# The certificate is at "./localhost.pem" and the key at "./localhost-key.pem" ✅

# vi default.conf
server {
    listen 443 ssl;

    server_name localhost;
    ssl_certificate /etc/ssl/certs/localhost.pem;
    ssl_certificate_key /etc/ssl/certs/localhost-key.pem;

    # 只允许 TLSv1.2 和 TLSv1.3 协议，显示禁止 TLSv1.0 和 TLSv1.1 协议
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    # 只保留高强度、带身份验证、且不使用 MD5 的 TLS 1.2（及以下）套件
    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
    # 优先使用服务器端加密套件
    ssl_prefer_server_ciphers on;

    location / {
        root /usr/share/nginx/html;
        index  index.html index.htm;
    }
}

docker run -d --name nginx-ssl \
  -p 8443:443 \
  -v ./default.conf:/etc/nginx/conf.d/default.conf:ro \
  -v ./localhost.pem:/etc/ssl/certs/localhost.pem:ro \
  -v ./localhost-key.pem:/etc/ssl/certs/localhost-key.pem:ro \
  nginx:alpine

# docker rm -f nginx-ssl
# docker container restart nginx-ssl

测试

游览器

游览器访问 https://localhost:8443/，如果证书是绿色的，说明成功了。

curl

curl -I https://localhost:8443/

HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.29.0
Date: Fri, 27 Jun 2025 01:54:36 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 615
Last-Modified: Tue, 24 Jun 2025 17:57:38 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "685ae712-267"
Accept-Ranges: bytes

# -v 显示详细信息，查看 TLS 版本
curl -I https://localhost:8443/ -v

...
* SSL connection using TLSv1.3 / AEAD-AES256-GCM-SHA384 / [blank] / UNDEF
...

深入探索

HTTP 的三大安全缺陷

网络早已布满监听、篡改与伪装。

明文传输。任何中间节点（Wi-Fi 热点、ISP、CDN、政府网关）都能直接读取用户名、密码、Cookie、表单内容等敏感信息。
缺少完整性保护。中间人可随意插入、删除或修改页面内容（广告注入、恶意脚本、暗链植入）。客户端亦无法察觉。
无法验证身份。客户端无法确认自己连接的是"真正的 server"。攻击者可通过 DNS 欺骗、ARP 攻击或流量劫持将流量导向钓鱼站点。

为什么需要 HTTPS

TLS 通过“加密 + 身份认证 + 完整性校验”应对上述风险。

加密（Confidentiality）。对称加密保护数据内容；密钥通过非对称算法安全协商。
数据完整性（Integrity）。MAC（消息鉴别码）或 AEAD 算法确保内容未被篡改。
身份认证（Authentication）。服务器出示数字证书；浏览器验证证书链与域名匹配。

MAC vs AEAD

MAC 提供数据完整性与对称实体认证，需要与独立的加密步骤结合来保障机密性。
- Message Authentication Code
- 只负责“认证”，不加密数据；与加密算法解耦。典型实现是 HMAC-SHA1/HMAC-SHA256。
AEAD 将“加密 + 认证”合二为一，接口更简单、实现更安全、性能更佳，是现代协议的首选。
- Authenticated Encryption with Associated Data
- 加密数据 + 认证数据
- 典型实现是 AES-GCM/ChaCha20-Poly1305
在 TLS/QUIC/Noise 等现代协议中，AEAD 已全面取代传统的 “MAC-then-Encrypt”。

证书类型

按层级角色：

根证书 (Root CA)：最高级别，Subject = Issuer 自签名，预装在操作系统/浏览器的“根信任库”内，用于验证下级证书。
中级证书 (Intermediate CA)：由根证书签名，用于验证下级证书。降低根密钥泄露风险。
最终实体证书 (End Entity Certificate)：由中级证书签名，绑定具体域名或主体，用于验证服务器身份。

按验证级别：

DV（Domain Validation）证书仅验证域名所有权，通过自动化流程颁发，价格低廉甚至免费（如 Let’s Encrypt）。
OV（Organization Validation）证书需要验证组织实体信息，在浏览器证书详情中可查看公司名称。
EV（Extended Validation）证书验证最为严格，地址栏会显示公司名称，但多数现代浏览器已弱化此功能的 UI 展示。

证书链

在 HTTPS、TLS、S/MIME 等基于 X.509 的公钥基础设施 (PKI) 中，任何一张服务器或用户证书都必须被“信任根 (Root CA)”间接或直接签名。从根证书一路向下到最终实体证书所形成的“逐级签名”路径，就称为证书链，也叫信任链 (Chain of Trust)。

HTTPS 在网络堆栈中的位置

HTTP/HTTPS 仍是应用层协议。
TLS（Transport Layer Security）位于 HTTP 与 TCP 之间；它把上层的明文字节（HTTP 报文）加密后再交给 TCP。
TCP 提供可靠的字节流；IP 负责寻址和路由；最底层是物理/链路层。
HTTPS = HTTP over TLS over TCP over IP。

协议	主要职责	典型端口
HTTP	应用语义：URL、方法、头、状态码…	80（无加密）
TLS	机密性、完整性、身份认证	443（惯例）
TCP	可靠传输、流量控制、重传	任意 (443)
IP	路由、分片、寻址	—

HTTPS ≠ 新协议。它只是“HTTP 报文透过 TLS 隧道运输”的俗称。协议栈中依然能看到标准的 HTTP 语法，只是先被 TLS 加密，运输途中看不到明文。
TLS 与 TCP 的独立性。TLS 不关心丢包、重传；这些由 TCP 处理。相反，TCP 不理解证书、握手；这些由 TLS 负责。

TLS 握手过程

客户端                           服务器
   |<--- SYN → SYN/ACK → ACK --->| 建立可靠的 TCP 连接

   |--- ClientHello (TLS)    --->| 浏览器发起 TLS 握手，告诉服务器自己支持的协议版本、密码套件、随机数（Client Random）等信息
   |<-- ServerHello + 证书     ---|
   |--- 密钥协商/Finished ------->|
   |<-- Finished ----------------|

   TLS 信道建立完成
   |--- HTTP GET / ------------->|
   |<-- HTTP/1.1 200 OK ---------|

sequenceDiagram
  participant Client
  participant Server
  Client->>Server: ClientHello<br/>– 支持的 TLS 版本、随机数、加密套件
  Server-->>Client: ServerHello<br/>– 选定版本/套件、随机数
  Server-->>Client: Certificate
  Server-->>Client: ServerHelloDone
  Client->>Server: ClientKeyExchange<br/>– 预主密钥 (用公钥加密)
  Client->>Server: ChangeCipherSpec
  Client->>Server: Finished (用对称密钥加密)
  Server-->>Client: ChangeCipherSpec
  Server-->>Client: Finished
  note over Client,Server: 之后开始对称加密的数据传输

双方首先协商算法与随机数；
客户端用服务器公钥加密预主密钥；
双方基于随机数与预主密钥生成会话密钥；
后续通信全部使用对称加密，提高效率。

TLS 1.3

TLS 1.3（RFC 8446）是在 2018 年 8 月正式发布的最新版本，相比 TLS 1.2 做了深度“瘦身+加速+强化安全”。

TLS 1.3 把握手变成 1-RTT 并引入 0-RTT，显著降低延迟。
强制 ECDHE + AEAD + SHA-2，淘汰所有过时与高危算法，默认提供前向保密。
握手更多字段被加密，降低被动监听价值，同时带来运维与抓包新挑战。
配置侧仅需保留少量推荐套件 (TLS_AES_128_GCM_SHA256, TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256 等)，比 TLS 1.2 更易运维。

RTT vs. 0-RTT

“RTT” 本身确实是一个时间量（Round-Trip Time），指数据包从客户端发出、到达服务端，再把响应返回客户端所经历的往返延迟，常用毫秒 (ms) 表示。

在协议说明里看到的 “1-RTT 握手 / 2-RTT 握手” 属于约定俗成的缩写：把 “一次往返时间” 抽象成 “一次来回（round trip）” 这个计数单位来用。

证书与密钥

openssl version
# 看看证书
openssl x509 -in localhost.pem -noout -text

证书的结构：

Certificate:
｜- Data:
  ｜- Version: 3
  ｜- Serial Number: ...
  ｜- Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
  ｜- Issuer: O=mkcert development CA, OU=..., CN=mkcert ...
  ｜- Validity:
    ｜- Not Before: Jun 27 03:39:39 2025 GMT
    ｜- Not After : Sep 27 03:39:39 2027 GMT
  ｜- Subject: O=mkcert development CA, OU=...
  ｜- Subject Public Key Info: <网站的公钥>
    ｜- Public Key Algorithm: rsaEncryption
      ｜- Public-Key: (2048 bit)
      ｜- Modulus: <模数>
      ｜- Exponent: 65537 (0x10001)
   |- X509v3 extensions
｜- Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
｜- Signature Value: <颁发机构（CA）用自己私钥算出的数字签名，浏览器用 CA 公钥验证>

在 RSA 体系里，公钥由两部分组成：

n：模数 (Modulus)
e：公钥指数 (Exponent)

# 导出公钥
openssl x509 -in localhost.pem -pubkey -noout > pubkey.pem
# 查看导出的公钥
openssl pkey -pubin -in pubkey.pem -text -noout

# 看看私钥里有什么
openssl rsa -in localhost-key.pem -text -noout

私钥的结构：

Private-Key: (2048 bit, 2 primes)
# 模 n = p × q
modulus: ...
# e 公钥指数
publicExponent: 65537 (0x10001)

# m = c^d mod n
privateExponent: ...

# p 和 q 是两个大质数
prime1: ...
prime2: ...

# exponent1 = d mod (p-1)
exponent1: ...
# exponent2 = d mod (q-1)
exponent2: ...
# coefficient = inv(q) mod p
coefficient: ...

HTTP/2

当前使用的是 HTTP/1.1，如何启用 HTTP/2，请移步 NGINX 启用 HTTP/2 ｜ ZYF.IM。

HTTP/3

请移步 NGINX 启用 HTTP/3 ｜ ZYF.IM。

References

– EOF –

简介#

开始实验#

测试#

游览器#

curl#

深入探索#

HTTP 的三大安全缺陷#

为什么需要 HTTPS#

MAC vs AEAD#

证书类型#

证书链#

HTTPS 在网络堆栈中的位置#

TLS 握手过程#

TLS 1.3#

RTT vs. 0-RTT#

证书与密钥#

HTTP/2#

HTTP/3#

References#

简介