HTTPS握手过程中的密钥交换是如何进行的？

HTTPS是一种基于响应HTTP的加密传输协议，相比HTTP增加了一层安全保护。在HTTPS建立连接的过程中，密钥交换是非常关键的部分。

以下是HTTPS握手过程中的密钥交换步骤：

1. 客户端请求连接至服务器，随机生成对称密钥。

客户端（浏览器）通过TCP协议连接到服务器，发送一个ClientHello消息，包含以下信息：

• 支持的协议版本
• 支持的加密算法列表
• 生成的随机数1（Client random）

客户端还会生成一个对称密钥（session key），用于加密通信数据。

1. 服务端回应，发送密钥协商参数以及证书。

服务端接收到客户端的请求后，发送一个ServerHello消息，包含以下信息：

• 协商的使用的协议版本
• 确定使用的加密算法
• 生成的随机数2（Server random）

此外，服务端还会发送其证书（certificate）供客户端验证其身份。

1. 密钥协商阶段。

在服务端回应消息中，包含了加密通信数据所需要的密钥协商参数。这些参数中包括：

• 协商的对称加密算法
• 协商的密钥交换算法
• 服务器的公钥（如果协商的是RSA密钥交换算法）

如果协商的是RSA密钥交换算法，则服务端会将信封（EncryptedPreMasterSecret）发送给客户端，这个信封是使用RSA加密的。客户端收到信封之后，使用自己生成的随机数和服务器发送的公钥，解密出对称密钥。服务端和客户端都知道这个共享的对称密钥，以便加密通信数据。

如果协商的是Diffie-Hellman密钥交换算法，那么服务端会发送Diffie-Hellman公钥给客户端，在客户端也发送自己的Diffie-Hellman公钥给服务端。服务端和客户端通过各自的公钥计算出对称密钥，用于加密通信数据。

1. 握手完成。

客户端自己使用生成的随机数、服务器生成的随机数和共享的对称密钥对一段信息（verify_data）进行加密并发送给服务器，用来检查服务器是否能正确解密数据，如果数据解密正确，密钥交换流程就完成了。

以上是HTTPS握手过程中的密钥交换步骤。

下面我们以RSA密钥交换算法为示例，详细说明一下密钥交换过程。

1. 客户端请求连接至服务器，随机生成对称密钥。

客户端发送的ClientHello消息如下：

支持的协议版本：TLSv1.2
支持的加密算法列表：ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256, AES128-SHA256, AES128-SHA, ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384, AES256-SHA256, AES256-SHA, ECDHE-RSA-AES256-SHA384, ECDHE-RSA-AES128-SHA256, ECDHE-RSA-AES256-SHA, ECDHE-RSA-AES128-SHA
生成的随机数1： 2d 5d 3a 32 7d 12 8b c7 a2 57 4f 4b 40 03 21 ef 1e 35 7f 95 8e c7 1c b6 1f 15 f8 69 f7 a2 67

客户端还会生成一个对称密钥，用于加密通信数据。

session key： e0 fd 7d b7 8e d7 d7 c1 1c 6b 0c ed 7e bd d2 2e

1. 服务端回应，发送密钥协商参数以及证书。

服务端回应的ServerHello消息如下：

协商的使用的协议版本：TLSv1.2
确定使用的加密算法：ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256
生成的随机数2：bf 4d 88 64 b1 6a 1e 68 6d ca 91 91 fa 9a 4a d0 d0 92 45 1a 83 8a e1 47 86 28 d0 9b 8c de 38

服务端还发送了自己的证书供客户端验证服务端身份。

1. 密钥协商阶段。

服务端接收到客户端的请求后，根据客户端的ClientHello信息，确定协商的使用的加密算法为 "ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256"。同时，也确定了RSA密钥交换算法，服务端会将信封（EncryptedPreMasterSecret）发送给客户端，这个信封使用服务端的公钥进行加密。服务端发送的密钥协商参数如下：

加密通信使用的对称加密算法：AES128-GCM
密钥交换算法：RSA
服务端的RSA公钥：6a 2a 71 38 65 7a 30 47 60 76 c0 8b cd 6b 2c 07 6c a2 2a 55 3d 3d 1e bf 32 b8 56 23 fa ec ba ae b6 26 1b 24 16 57 78 58 fa 87 e8 27 d9 9f bb ac 5d 51 96 d0 1e 57 2c 25 c4 f0 26 4b 4f 99 f4 65 08 8e 85 82 50 86 c5 b2 5f a9 40 3c e5 b5 47 8f 56 1d 57 b5 06 4e 8b ff 4c 1e 82 ec ec 56 eb 82 fc de 60 1f c0 39 17 8f 7d 2a 79 a7 d2 bc 8b 7e 3d 97 c1 17 53

客户端收到服务端发送的密钥协商参数之后，使用服务端发送的公钥，将密文（EncryptedPreMasterSecret）解密出明文（PreMasterSecret）。解密的过程如下：

EncryptedPreMasterSecret: 01 6a a2 7b e8 79 1b 2d 82 c6 4b d0 4e 68 44 92 85 bd e5 fe f0 98 e4 a6 15 58 f2 43 01 19 eb d3 ad 51 88 07 6d 47 dd a7 c0 d1 6c 9b 05 02 88 42 99 52 eb 84 7d 59 1f 29 16 69 3d 1a e8 97 7c fb a3 f5 3d 8d 5f 50 d3 04 67 64 b8 51 02 fc b5 16 ae 4d 4d d4 c4 4b 57 
ServerPublicKey: 6a 2a 71 38 65 7a 30 47 60 76 c0 8b cd 6b 2c 07 6c a2 2a 55 3d 3d 1e bf 32 b8 56 23 fa ec ba ae b6 26 1b 24 16 57 78 58 fa 87 e8 27 d9 9f bb ac 5d 51 96 d0 1e 57 2c 25 c4 f0 26 4b 4f 99 f4 65 08 8e 85 82 50 86 c5 b2 5f a9 40 3c e5 b5 47 8f 56 1d 57 b5 06 4e 8b ff 4c 1e 82 ec ec 56 eb 82 fc de 60 1f c0 39 17 8f 7d 2a 79 a7 d2 bc 8b 7e 3d 97 c1 17 53
PreMasterSecret: 03 03 18 5e 99 d3 5e 22 71 41 3b d5 ee 21 8b 86 08 1b 99 4d 1d 60 4a f0 57 4b 91 8f 0f 92 6b 36

客户端使用解密后的明文PreMasterSecret和刚刚生成的随机数1、随机数2生成一个PreMasterSecret，服务端和客户端都知道这个共享的对称密钥。

PreMasterSecret: 03 03 3c 27 bc 5f c8 40 9e 86 ff 99 1f 77 b4 96 1e 4c 4b 01 96 10 64 b2 f1 99 e6 92 8b a8 7d

1. 握手完成。

客户端使用生成的随机数、服务器生成的随机数和共享的对称密钥对一段信息verify_data进行加密并发送给服务器。如果服务器成功解密出数据，说明密钥交换流程已经完成。

verify_data: ab 41 63 fa 98 7a 2f d8 e7 22 70 68 7a c0 8c df 60 73 6c 7e 34 96 f0 21 03 4f 18 68 a8 96 9b 2b