超详解:HTTPS及配置Django+HTTPS开发环境

众所周知HTTP协议是以TCP协议为基石诞生的一个用于传输Web内容的一个网络协议，在“网络分层模型”中属于“应用层协议”的一种。

在这里我们并不研究该协议标准本身，而是从安全角度去探究使用该协议传输数据本身存在的安全问题：

(1).通信使用明文(不加密)，内容可能被窃听；

(2).不验证通信方的身份，因此可能遭遇伪装；

(3).无法证明报文的完整行，所以可能被篡改。

为了解决HTTP协议存在的安全性问题，上世纪90年代由网景(NetScape)公司设计了SSL(Secure Sockets Layer)协议——“安全套接层”协议。

经过多年发展SSL在互联网上广泛应用，标准化后名称改为TLS(Transport Layer Security)——“传输层安全”协议。

所谓的HTTPS即是“HTTP+SSL/TLS”的结合使用而已。解决的是HTTP协议数据传输的安全性问题——在HTTP协议层和TCP传输层之间加入“安全层”，使得应用层数据报经过加密后再传输，保证数据在传输过程中的完整性。

那么，SSL/TLS在数据传输过程中是如何实现加密保证数据完整性的呢?在此，我们需要再进一步探讨该协议的加密逻辑。

加密算法有两种，分别是“对称加密”和“非对称加密”。(本文不对密码学中的加密算法的实现做探讨，仅解释加密原理)。

对称加密

关于“对称加密”，可以理解成一种“互逆”的数学运算(对比单向加密它是一种可逆的加密算法)。也就是说有加密，就可以解密，但是不管是加密还是解密的过程中，必须有一个至关重要的称之为“密钥”的东西参与运算。

对称加密最大的特点就在于加密和解密使用“相同的”密钥。那么关键问题来了——客户端和服务器交互使用共同的“密钥”来加密通信，这就需要服务器将密钥传输给客户端，但是如此操作又如何才能够保证密钥在传输过程中的安全性呢？

如果密钥在传输过程中遭遇第三方拦截，那就意味着双端通信之于第三方而言和明文通信没有区别了。也就是说对称加密并不适用于密钥需要网络传输的应用场景。

由此，诞生了“非对称加密”。

非对称加密

所谓的“非对称加密”就是加密和解密使用的密钥是不同的，双端通信各自产生公钥和私钥匙，并交换双端的公钥用于通信加密。

如下图所示，当服务器把公钥交给客户端，客户端在通信时使用公钥对数据进行加密处理，即使公钥在传输过程中遭遇第三方拦截，由于解密的密钥始终存储在服务端并不会对外公开，所以拦截方仅用一个公钥是无法解密数据的。

但是上述应用场景仍然存在一定的被窃听的风险。也就是说，作为窃听者，在拦截服务器响应给客户端的公钥后，伪造服务端身份，给客户端响应窃听者的公钥。此后客户端使用窃听者的公钥加密数据，窃听者在拦截数据消息后，利用自己的私钥进行解密，得到明文数据后篡改数据，然后在使用服务器公钥加密数据和服务器通信。整个通信的过程中，客户端都无法察觉自己通信的对端到底是窃听者还是服务器。

观察下图中的图示模型，假设通信过程已被窃听。那么问题到底出在哪里?

非对称加密中的窃听风险图示：

我们可以从整个流程的一开始去分析。

客户端在第一次请求公钥，并在响应中得到了来自“对端”的公钥。然后就利用该“公钥”通信。问题就是出在了这个环节——显而易见，作为客户端并没有对该“公钥”的“来源”做验证。换句话说，客户端并不清楚，该“公钥”是否真的来自真正的服务器而不是第三方窃听者。

如此，客户端就必须对“公钥”做验证，确定该公钥确实是来自合法的服务器后，才能够保证双端通信的安全性。

CA认证机制

这里需要引入第三方机构: 证书颁发机构(CA， Certificate Authority)即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥合法性检验的责任。

CA中心会为每个使用公钥的用户发放一个数字证书，数字证书的作用是证明证书中列出的用户公钥的合法性。CA机构的数字签名使得攻击者无法伪造和篡改证书。换句话说，证书无法篡改，只要证书是有效且合法的，那么证书中的公钥就是有效且合法的!

服务器将公钥提供给CA机构，CA机构使用自己的私钥将服务器公钥加密后将CA证书(该证书保存有服务器公钥)返回给服务器。一般操作系统或者浏览器中都会内置CA根证书。当客户端(比如浏览器)请求服务器时，服务器会将CA证书提供给客户端，客户端获取到CA证书后会使用CA根证书进行本地验证(验证通过即表明服务器CA证书的合法性，间接表明公钥来源的合法性)。

自签证书实现django+http+ssl

由于正规的证书需要向CA机构申请，在此，我通过自签证书的形式简单配置一个基于https通信的django服务器。

(1)、创建签发CA根证书的配置文件MyCompanyCA.cnf

(2)、创建拓展配置文件(用于创建服务器CA证书)MyCompanyLocalhost。ext

(3)、创建CA证书及密钥(需要使用openssl，可以通过包管理工具安装)

(4)、创建ssl证书密钥及申请文件

(5)、签发ssl证书

经过上述步骤，通过openssl实现自签发证书，其中MyCompanyCA。cer为CA根证书(由于我们这是自签发，系统或浏览器中并不会内置该根证书，需要我们手动添加)。ssl证书文件为MyCompanyLocalhost。cer，ssl证书密钥文件为MyCompanyLocalhost。pvk。

Django启动HTTPS测试服务器。

(1)、安装依赖项

(2)、修改Django配置文件

(3)、启动django的https服务

自此django已启动https服务，但使用浏览器仍然无法使用https访问(服务器证书不可信)。

需要将自签发的CA根证书安装到需要使用https访问的客户端中。以下为macos系统中添加证书的操作图示(windows中也有相关界面操作):

(1)、添加根证书

(2)、设置系统信任该证书

自此，客户端一方(浏览器)添加完成后，就可以使用https访问服务器。

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