HTTPS

HTTPS介紹

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）是一種透過加密和驗證來保護資料傳輸安全的網路通訊協定。它是基於HTTP協定的擴展，透過使用SSL（Secure Sockets Layer）或TLS（Transport Layer Security）協定來建立加密連接，確保資料在傳輸過程中的機密性和完整性。

HTTPS的優點：

• 資料傳輸安全性：透過加密數據，防止資料被竊取或竄改。
• 身份驗證：透過SSL憑證驗證伺服器的身份，防止中間人攻擊。
• 支援SEO：搜尋引擎更傾向於收錄使用HTTPS的網站。
• 提升使用者信任度：HTTPS標示網站的安全性，增加使用者對網站的信任。

HTTPS是一種保護資料傳輸安全的網路通訊協議，透過加密和身份驗證確保資料的機密性和完整性。在現今的網路環境中，使用HTTPS已成為保護使用者隱私和資料安全的重要手段。

HTTP痛點

1. 「無狀態性」：HTTP協定是無狀態的，也就是伺服器不會保存客戶端的狀態資訊。每次請求都是獨立的，伺服器無法知道前後兩次請求是否來自同一個客戶端。這導致在處理需要保持狀態的應用程式場景（如使用者登入狀態）時，需要額外的機制來維護狀態訊息，增加了開發和維護的複雜度。
2. 「明文傳輸」：HTTP協定預設使用明文傳輸，資料在傳輸過程中容易被竊聽和竄改。這對於一些敏感資訊的傳輸來說是不安全的，需要額外的加密機制來確保資料的安全性。
3. 「效能問題」：HTTP協定在傳輸過程中存在一些效能問題。例如，每次請求都需要建立和關閉TCP連接，這會帶來較大的開銷。同時，HTTP協定在請求-回應模式下，客戶端需要主動發起請求，伺服器才能回應，這種單向的通訊方式可能導致一些延遲。
4. 「可擴展性」：HTTP協定在設計之初並沒有考慮到現代互聯網的規模和複雜性。隨著網路的發展，出現了大量的擴展需求，例如支援多媒體內容、支援即時通訊等。這些需求超出了HTTP協定的原本設計範圍，需要透過各種擴展機制來實現，導致了協定的複雜性和不一致性。

雖然HTTP協定在網路應用中廣泛應用，但也存在一些痛點需要解決。為了解決這些問題，出現了一些新的協定和技術，例如HTTPS、SPDY、HTTP/2等，以提升安全性、效能和可擴展性。

HTTPS的工作原理

1. 客戶端發起HTTPS請求，連接到伺服器的443連接埠。
2. 伺服器將自己的SSL憑證傳送給客戶端。
3. 用戶端驗證伺服器的憑證是否可信，如果可信任則產生一個隨機的對稱金鑰。
4. 客戶端使用伺服器的公鑰加密對稱金鑰，並傳送給伺服器。
5. 伺服器使用私鑰解密客戶端發送的對稱金鑰。
6. 客戶端和伺服器使用對稱金鑰進行加密和解密，確保資料傳輸的安全性。

加密

加密介紹

加密是指將原始資料透過一定的演算法和金鑰轉換成不可讀的密文的過程。加密可以保護資料的機密性，防止未經授權的人員取得敏感資訊。常見的加密演算法包括對稱加密和非對稱加密。

對稱加密是指加密和解密使用相同的金鑰的加密演算法。常見的對稱加密演算法有DES、AES等。在對稱加密中，發送者使用金鑰將原始資料加密成密文，接收者使用相同的金鑰將密文解密還原成原始資料。

非對稱加密是指加密和解密使用不同的金鑰的加密演算法。常見的非對稱加密演算法有RSA、ECC等。在非對稱加密中，發送者使用公鑰將原始資料加密成密文，接收者使用私鑰將密文解密還原成原始資料。

加密演算法的安全性取決於金鑰的保密性和演算法的複雜性。為了增強加密的安全性，通常也會使用訊息認證碼（MAC）和數位簽章等技術來驗證資料的完整性和真實性。

加密是一種重要的資訊安全技術，透過使用適當的加密演算法和金鑰管理方法，可以有效保護資料的機密性和安全性。

哈希

哈希（Hash）是一種將任意長度的資料映射為固定長度的資料的演算法。雜湊函數可以將輸入的資料轉換為一串固定長度的雜湊值，這個雜湊值通常是數字或字串。哈希函數具有以下特徵：

1. 輸入相同的數據，雜湊函數會產生相同的雜湊值。
2. 輸入不同的數據，雜湊函數會產生不同的雜湊值。
3. 雜湊函數的輸出長度是固定的，不受輸入資料長度的影響。

雜湊函數在密碼學、資料校驗、資料索引等領域有廣泛的應用。常見的雜湊函數有MD5、SHA-1、SHA-256等。

哈希函數的應用包括：

• 資料完整性校驗：透過比較資料的雜湊值，可以判斷資料是否被竄改。
• 資料索引：將資料的雜湊值作為索引，可以快速找到並比較資料。
• 密碼儲存：將使用者密碼的雜湊值儲存在資料庫中，可以增加密碼的安全性。

哈希函數的數學表示為：，其中表示哈希值，表示哈希函數，表示輸入的資料。

對稱加密

對稱加密介紹

對稱加密是一種加密演算法，它使用相同的金鑰對資料進行加密和解密。在對稱加密中，傳送者和接收者使用相同的金鑰來加密和解密資料。這種加密演算法的優點是速度快，適用於大量資料的加密和解密。常見的對稱加密演算法有DES、AES等。

對稱加密的過程如下：

1. 發送方使用金鑰對明文進行加密，產生密文。
2. 發送方將密文發送給接收方。
3. 接收者使用相同的金鑰對密文進行解密，還原成明文。

對稱加密的優點是速度快，適用於大量資料的加密和解密。然而，對稱加密的缺點是金鑰的安全性較低，因為發送方和接收方都需要共用同一個金鑰。如果金鑰洩露，那麼攻擊者可以輕易地解密密文。

在實際應用中，對稱加密通常與非對稱加密結合使用。非對稱加密用於金鑰的安全傳輸，而對稱加密用於實際的資料加密和解密過程。這樣可以兼顧速度和安全性。

對稱加密涉及的數學計算

對稱加密是一種使用相同金鑰進行加密和解密的加密演算法。它涉及的數學計算主要包括以下幾個方面：

1. 替換和置換：對稱加密演算法通常使用替換和置換操作來改變明文的順序和結構，以增加加密的複雜性。這些操作可以透過數學運算來實現，例如使用置換錶或S盒進行替換和置換。
2. 異或運算：對稱加密演算法中常用的操作是異或運算。在加密過程中，明文和金鑰進行異或運算，產生密文；在解密過程中，密文和金鑰進行異或運算，恢復明文。異或運算是一種簡單的二進位運算，可以透過數學運算來實現。
3. 模運算：對稱加密演算法中常用的數學運算還包括模運算。模運算是一種取餘運算，可以用來限制加密結果的範圍，以確保加密後的資料在指定範圍內。
4. 線性代數運算：某些對稱加密演算法（如AES）使用了線性代數運算。這些運算包括矩陣乘法、矩陣求逆等，用於混淆和擴散明文的資訊。

對稱加密涉及的數學計算包括替換和置換、異或運算、模運算以及可能的線性代數運算。這些數學計算的目的是增加加密的複雜性，使得密文難以被破解。

DES演算法

DES（ Data Encryption Standard ）是一種對稱加密演算法，用於保護資料的機密性。它是一種分組密碼演算法，將明文資料分成固定長度的資料區塊，並透過一系列的加密操作將明文轉換為密文。

DES演算法的主要步驟包括初始置換、16輪的Feistel網路、逆初始置換和金鑰產生。在初始置換階段，明文資料經過一連串的置換和選擇操作，得到初始置換後的資料。接下來，透過16輪的Feistel網絡，將初始置換後的資料進行多輪的加密操作。每輪加密操作包括子金鑰產生、擴充置換、S盒替換、P盒置換和輪密鑰加操作。最後，透過逆初始置換，將經過16輪加密操作後的資料轉換為密文。

DES演算法的安全性主要依賴於金鑰的長度和金鑰的保密性。DES演算法使用56位元的金鑰，但由於金鑰長度較短，已經不再安全。因此，現在常用的加密演算法已經轉向使用更長的金鑰長度，如AES演算法。

DES演算法的加密過程可以用以下公式表示：

其中，表示密文，表示使用金鑰進行加密操作，表示明文。

DES演算法的解密過程可以用以下公式表示：

其中，表示明文，表示使用金鑰進行解密操作，表示密文。

DES演算法是一種經典的對稱加密演算法，透過一系列的加密操作將明文轉換為密文，同時也可以透過相同的金鑰進行解密操作，將密文還原為明文。但由於DES演算法的金鑰長度較短，已經不再安全，現在常用的加密演算法已經轉向使用更長的金鑰長度。

非對稱加密

非對稱加密介紹

非對稱加密（Asymmetric encryption）是一種加密演算法，使用兩個金鑰：公鑰（Public Key）和私鑰（Private Key）。公鑰用於加密數據，私鑰用於解密資料。這兩個金鑰是相關聯的，但是無法透過公鑰推導出私鑰。

非對稱加密的工作原理如下：

1. 發送方使用接收方的公鑰對資料進行加密。
2. 接收者使用自己的私鑰對加密後的資料進行解密。

非對稱加密的優點是安全性高，因為私鑰只有接收者知道，其他人無法解密資料。同時，非對稱加密還可以用於數位簽名，用於驗證資料的完整性和真實性。

常見的非對稱加密演算法有RSA、Diffie-Hellman和橢圓曲線加密演算法（Elliptic Curve Cryptography，ECC）等。

下面是RSA演算法的公式：

公鑰：私鑰：

加密：解密：

其中，是明文，是密文，是公鑰指數，是私鑰指數，是模數。

非對稱加密在保護資料傳輸和儲存的安全性方面起著重要的作用，被廣泛應用於網路通訊、電子商務和數位證書等領域。

RSA演算法

RSA演算法是一種非對稱加密演算法，它由三個主要步驟組成：金鑰產生、加密和解密。

1. 金鑰產生：RSA演算法使用兩個大素數p和q來產生公鑰和私鑰。首先，選擇兩個不同的質數p和q，計算它們的乘積n=p*q。然後，計算歐拉函數φ(n)=(p-1)*(q-1)。接下來，選取一個整數e，使得1<e<φ(n)且e與φ(n)互質。最後，計算e的模反元素d，即滿足(e*d) mod φ(n) = 1的整數d。公鑰為(n, e)，私鑰為(n, d)。
2. 加密：要加密一條訊息m，使用公鑰(n, e)進行加密。將訊息m轉換為整數M，滿足0<=M<n。然後，計算密文c = M^e mod n。
3. 解密：要解密密文c，使用私鑰(n, d)進行解密。計算明文m = c^d mod n。

RSA演算法的安全性基於大數分解的困難性，即將一個大數分解為其質因子的困難性。因此，RSA演算法在保護資料的機密性和完整性方面被廣泛應用於加密通訊和數位簽章等領域。

RSA演算法的加密和解密過程可以用以下公式表示：

加密：c = M^e mod n

解密：m = c^d mod n

其中，M為明文，c為密文，e為公鑰指數，n為模數，d為私鑰指數。

數位憑證

數位簽名

數位簽章是一種用於驗證資料完整性和身分認證的技術。它使用非對稱加密演算法，透過對資料進行加密和解密來實現。

數位簽章的過程如下：

1. 發送方使用私鑰對要傳送的資料進行加密，產生數位簽章。
2. 發送方將原始資料和數位簽章一起發送給接收方。
3. 接收者使用發送者的公鑰對數位簽章進行解密，並得到解密後的資料。
4. 接收方使用同樣的加密演算法對原始資料進行加密，以得到加密後的資料。
5. 接收者比較解密後的資料和加密後的資料是否一致，如果一致，則表示資料完整性沒有被篡改，並且發送方的身份得到了驗證。

數位簽章的功能是確保資料在傳輸過程中沒有被竄改，並且可以驗證發送方的身份。它在電子商務、網路通訊等領域中被廣泛應用。

數位憑證

數位憑證是一種用於驗證和確認網路通訊中身分的安全工具。它是由權威的數位憑證授權單位（CA）簽發的，用於證明某個實體（如網站、個人或組織）的身分和公鑰的有效性。

數位憑證通常包含以下資訊：

• 主體資訊：證書持有者的名稱、電子郵件地址等。
• 公鑰資訊：憑證持有者的公鑰，用於加密和解密資料。
• 憑證授權單位資訊：簽發憑證的CA的名稱和公鑰。
• 有效期限：證書的生效日期和過期日期。
• 數位簽名：CA使用自己的私鑰對憑證進行簽名，以確保憑證的完整性和真實性。

數位憑證的驗證過程是透過使用CA的公鑰來驗證憑證的數位簽章。如果數位簽章驗證成功，就可以確認證書的真實性和完整性。這樣，使用者就可以信任憑證持有者的身份，並使用其公鑰進行安全通訊。

在網路通訊中，數位憑證被廣泛應用於SSL/TLS協議，用於保護網站和使用者之間的資料傳輸安全。透過使用數位證書，網站可以證明自己的身份，並加密使用者和伺服器之間的通信，防止資料被竊取或篡改。

數位憑證是一種用於驗證和確認網路通訊中身分的安全工具，透過CA簽發，包含主體資訊、公鑰資訊、憑證授權單位資訊、有效期限和數位簽章等內容。它在保護網站和用戶之間的資料傳輸安全中起著重要的作用。

總結

HTTPS是一種透過電腦網路進行安全通訊的協定。它是在HTTP的基礎上添加了SSL/TLS協定來確保通訊的安全性。

HTTPS的實作原理如下：

1. 客戶端發起HTTPS請求：客戶端透過向伺服器發送HTTPS請求來建立安全連線。
2. 伺服器發送憑證：伺服器會將自己的數位憑證傳送給客戶端。證書中包含了伺服器的公鑰以及其他相關資訊。
3. 用戶端驗證憑證：客戶端會對伺服器傳送的憑證進行驗證。驗證包括檢查證書的合法性、有效期限等。如果驗證通過，客戶端會繼續進行下一步。
4. 客戶端產生隨機金鑰：客戶端會產生一個隨機的對稱金鑰，用於後續的加密通訊。
5. 客戶端使用伺服器的公鑰加密金鑰：客戶端使用伺服器的公鑰對產生的隨機金鑰進行加密，然後將加密後的金鑰傳送給伺服器。
6. 伺服器使用私鑰解密金鑰：伺服器使用自己的私鑰對接收的加密金鑰進行解密，得到客戶端產生的隨機金鑰。
7. 建立安全連線：客戶端和伺服器使用這個隨機金鑰來加密和解密後續的通訊內容，確保通訊的安全性。

HTTPS實現了對通訊內容的加密和身份驗證，保證了資料的安全性和完整性。同時，HTTPS還可以防止中間人攻擊和資料篡改等安全威脅。

SSL/TLS協定是一種用於保護網路通訊安全的協定。它建立在傳輸層之上，為應用層提供安全性和資料完整性。

SSL/TLS協定透過使用加密演算法和憑證來實現通訊的安全性。它使用對稱加密演算法和非對稱加密演算法相結合的方式來保護資料的機密性和完整性。在通訊開始時，客戶端和伺服器之間會進行握手過程，協商加密演算法和金鑰，然後使用這些金鑰對通訊資料進行加密和解密。

SSL/TLS協定還提供了身份驗證的功能，透過使用數位憑證來驗證伺服器的身份。數位憑證由可信任的憑證授權單位（Certificate Authority）簽發，包含了伺服器的公鑰和其他相關資訊。用戶端可以使用憑證來驗證伺服器的身份，並確保與合法的伺服器建立安全連線。

SSL/TLS協定透過加密和身份驗證機制，保護了網路通訊的安全性和資料的完整性。它廣泛應用於網頁瀏覽器和伺服器之間的安全通信，以及其他需要保護資料安全的應用程式場景。