HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Secure)译为超文本传输安全协议，也称为HTTP over TLS，HTTP over SSL或HTTP Secure，它对HTTP协议进行的扩展，用于在计算机网络上进行安全通信。其主要目的是对站点服务器进行身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。
SSL/TLS协议
HTTP协议位于TCP/IP四层模型最高层的应用层。HTTPS是在HTTP所在的应用层加入一个子层，位于HTTP子层之下，传输层之上。
根据RFC:
TLS协议的主要目的是为两个通信应用间提供隐私与数据完整性。该协议主要由两层组成：TLS Record协议和TLS Handshake协议。在某个稳定的传输协议（如TCP）之上，在最底层是TLS Record协议。
TLS Record协议所提供的连接安全性有两个基本属性：
连接是私有的。
对称加密用于数据加密（例如AES, RC4等），每个连接都会生成唯一的对称加密秘钥，并且该秘钥是基于另一个协议（例如TLS Handshake协议）经过协商后的秘钥得来的。Record协议也可以不使用加密。
连接是可靠的。
消息传输包含一个使用一个使用秘钥的MAC的消息完整性检查。安全哈希函数（例如，SHA-1等）用于MAC计算。Record协议可以不使用MAC进行运行，但这种情况通常仅使用在这种模式下，即另一个协议将Record协议作为协商安全参数的传输器。
TLS Record协议用于封装更高层级的协议。其中一个就是TLS Handshake协议，它允许服务器和客户端对彼此进行认证并且在应用层协议传输和接收数据的第一个字节前协商一个加密算法以及要使用的秘钥。
TLS Handshake协议提供的连接安全性有三个基本性质：
对等端的身份可以使用非对称加密或公钥密码学（如，RSA，DSA等）进行认证，这种认证是可选的，但一般需要对等端至少一方进行认证。
对共享秘钥的协商是安全的：协商的秘钥是不能被窃听者获取的，并且对任意未认证的连接都不能获取到秘钥，即使攻击者位于连接的中间。
协商是可靠的：没有攻击者能够修改协商通信内容并且不被通信方发现。
TLS的一项优点是它是与应用协议独立的，更高层级的协议可以透明地置于TLS协议之上。TLS标准并没有指定什么协议可以使用TLS来添加安全性，如何初始化TLS握手以及如何解释认证证书交换的决定留给TLS之上的协议的设计者和实现者。
HTTPS连接的建立与加密通信
在实现中，SSL/TLS子层作为HTTP子层和传输层的中间层，对套接字接口进行了一层封装，用于建立安全连接与通信。会话状态的加密参数是通过TLS握手协议来生成的，当一个TLS客户端和服务端首次开始进行通信时，它们在一个协议版本上达成一致、选择密码学算法、可选地对对方进行认证，并使用公钥加密技术来生成共享秘钥。
它包含如下步骤：
- 交换hello消息来对算法达成一致，交换随机值并进行恢复会话的检查
- 交换必要的机密参数，运行客户端和服务端对预主密钥（premaster secret）达成一致
- 交换证书和密码学信息，允许客户端和服务端对彼此进行认证
- 从预主密钥（premaster secret）生成一个主密钥并交换随机值
- 为Record层提供安全参数
- 允许客户端和服务端确认它们的对等端计算出相同的安全参数并且握手没有被攻击者干预
TLS握手的完整步骤如下所示（其中带*表示可选的或根据情况进行发送的消息，并不总是会发送）：
Client Server
ClientHello -------->
ServerHello
Certificate*
ServerKeyExchange*
CertificateRequest*
<-------- ServerHelloDone
Certificate*
ClientKeyExchange
CertificateVerify*
[ChangeCipherSpec]
Finished -------->
[ChangeCipherSpec]
<-------- Finished
Application Data <-------> Application Data
可以使用openssl提供的工具来查看这一步骤的实际数据交换情况：
$ openssl s_client -connect www.symantec.com:443 -state -msg -tls1_2
CONNECTED(00000005)
SSL_connect:before/connect initialization
>>> TLS 1.2 Handshake [length 0139], ClientHello
01 00 01 35 03 03 a6 2a c8 1d 54 74 72 3c 1f 3e
88 95 d1 4b 7f 58 68 9b 1c c1 be 93 d4 c9 b8 44
06 a4 60 eb da 84 00 00 98 cc 14 cc 13 cc 15 c0
30 c0 2c c0 28 c0 24 c0 14 c0 0a 00 a3 00 9f 00
6b 00 6a 00 39 00 38 ff 85 00 c4 00 c3 00 88 00
87 00 81 c0 32 c0 2e c0 2a c0 26 c0 0f c0 05 00
9d 00 3d 00 35 00 c0 00 84 c0 2f c0 2b c0 27 c0
23 c0 13 c0 09 00 a2 00 9e 00 67 00 40 00 33 00
32 00 be 00 bd 00 45 00 44 c0 31 c0 2d c0 29 c0
25 c0 0e c0 04 00 9c 00 3c 00 2f 00 ba 00 41 c0
11 c0 07 c0 0c c0 02 00 05 00 04 c0 12 c0 08 00
16 00 13 c0 0d c0 03 00 0a 00 15 00 12 00 09 00
ff 01 00 00 74 00 0b 00 04 03 00 01 02 00 0a 00
3a 00 38 00 0e 00 0d 00 19 00 1c 00 0b 00 0c 00
1b 00 18 00 09 00 0a 00 1a 00 16 00 17 00 08 00
06 00 07 00 14 00 15 00 04 00 05 00 12 00 13 00
01 00 02 00 03 00 0f 00 10 00 11 00 23 00 00 00
0d 00 26 00 24 06 01 06 02 06 03 ef ef 05 01 05
02 05 03 04 01 04 02 04 03 ee ee ed ed 03 01 03
02 03 03 02 01 02 02 02 03
SSL_connect:SSLv3 write client hello A
<<< TLS 1.2 Handshake [length 003d], ServerHello
02 00 00 39 03 03 fe d6 dc b3 90 2d 81 6b 5d 46
45 6b 40 44 65 9d f0 ca d2 56 46 64 2b 58 10 ee
6e 2e 55 aa 03 51 00 c0 30 00 00 11 ff 01 00 01
00 00 0b 00 04 03 00 01 02 00 23 00 00
SSL_connect:SSLv3 read server hello A
<<< TLS 1.2 Handshake [length 0ea3], Certificate
0b 00 0e 9f 00 0e 9c 00 09 dc 30 82 09 d8 30 82
08 c0 a0 03 02 01 02 02 10 09 6b e3 0e c1 83 77
ff 7a bc 3c f0 bc 71 92 eb 30 0d 06 09 2a 86 48
86 f7 0d 01 01 0b 05 00 30 75 31 0b 30 09 06 03
55 04 06 13 02 55 53 31 15 30 13 06 03 55 04 0a
13 0c 44 69 67 69 43 65 72 74 20 49 6e 63 31 19
30 17 06 03 55 04 0b 13 10 77 77 77 2e 64 69 67
69 63 65 72 74 2e 63 6f 6d 31 34 30 32 06 03 55
04 03 13 2b 44 69 67 69 43 65 72 74 20 53 48 41
32 20 45 78 74 65 6e 64 65 64 20 56 61 6c 69 64
61 74 69 6f 6e 20 53 65 72 76 65 72 20 43 41 30
1e 17 0d 31 38 30 38 30 37 30 30 30 30 30 30 5a
17 0d 31 39 30 37 32 35 31 32 30 30 30 30 5a 30
81 fe 31 1d 30 1b 06 03 55 04 0f 0c 14 50 72 69
76 61 74 65 20 4f 72 67 61 6e 69 7a 61 74 69 6f
6e 31 13 30 11 06 0b 2b 06 01 04 01 82 37 3c 02
01 03 13 02 55 53 31 19 30 17 06 0b 2b 06 01 04
01 82 37 3c 02 01 02 13 08 44 65 6c 61 77 61 72
65 31 10 30 0e 06 03 55 04 05 13 07 32 31 35 38
31 31 33 31 0b 30 09 06 03 55 04 06 13 02 55 53
31 13 30 11 06 03 55 04 08 13 0a 43 61 6c 69 66
6f 72 6e 69 61 31 16 30 14 06 03 55 04 07 13 0d
4d 6f 75 6e 74 61 69 6e 20 56 69 65 77 31 1d 30
1b 06 03 55 04 0a 13 14 53 79 6d 61 6e 74 65 63
20 43 6f 72 70 6f 72 61 74 69 6f 6e 31 27 30 25
06 03 55 04 0b 0c 1e 43 6f 72 70 20 4d 6b 74 67
20 26 20 43 6f 6d 6d 73 20 2d 20 4f 6e 6c 69 6e
65 20 45 78 70 31 19 30 17 06 03 55 04 03 13 10
77 77 77 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d
30 82 01 22 30 0d 06 09 2a 86 48 86 f7 0d 01 01
01 05 00 03 82 01 0f 00 30 82 01 0a 02 82 01 01
00 e3 cf 34 da 2c 93 42 ba 5d df 6b 07 ef 53 61
53 3e 82 fc b6 b1 ed 21 29 db 23 ed 8a 43 59 2b
31 9a b0 c9 ed cd ea 47 80 07 fc ea b4 d9 cc 36
c2 93 d0 6e 6d 14 38 52 1b 2b 59 7d be 3f 28 1c
03 ab 85 a1 ec 86 70 2a 78 62 b0 d6 2a fa 05 ca
4e b9 35 ec 90 4c f2 18 18 f8 20 87 18 4f c7 22
3f 75 c4 ad e4 6a 1b cd 0e 49 22 d5 03 5b 44 18
ef 90 85 6d 6f 1e c7 03 19 de df b9 ce d3 8b 94
b5 81 a8 c2 60 39 06 73 3e 1c 41 3f d8 97 ac cd
c6 ac 1e f3 59 23 20 a2 7f 5a 22 bb 0f db 27 23
55 b1 9b 29 74 68 70 73 31 45 3b a1 d9 ad d3 17
db c6 fb 09 ea 90 80 d3 73 b7 8a 16 68 43 2e d5
73 6d d5 01 ea 70 d4 21 e0 f1 73 e3 af ae 12 b7
b5 93 dd 6e e5 bb e6 9b e0 71 1d c2 aa a4 98 f4
c3 0e fd e7 69 ff a9 05 4e b3 bd d0 5d 36 bf 9a
4c 31 58 ec 72 08 cd 17 9e ee 3e 49 43 bf b2 84
17 02 03 01 00 01 a3 82 05 d8 30 82 05 d4 30 1f
06 03 55 1d 23 04 18 30 16 80 14 3d d3 50 a5 d6
a0 ad ee f3 4a 60 0a 65 d3 21 d4 f8 f8 d6 0f 30
1d 06 03 55 1d 0e 04 16 04 14 6e 3b 7a de 36 fc
13 e0 5d 43 7f dc de 2f f2 4f 6c 8a 6c 95 30 82
03 00 06 03 55 1d 11 04 82 02 f7 30 82 02 f3 82
11 77 77 77 34 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63
6f 6d 82 18 77 77 77 31 2e 6b 39 77 65 62 70 72
6f 74 65 63 74 69 6f 6e 2e 63 6f 6d 82 10 77 77
77 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 0f
77 77 77 2e 73 6b 79 63 75 72 65 2e 63 6f 6d 82
13 77 77 77 2e 67 6f 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63
2e 63 6f 6d 82 10 77 77 77 2e 62 6c 75 65 63 6f
61 74 2e 63 6f 6d 82 12 73 69 74 65 73 2e 73 79
6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 16 73 69 74 65
73 2d 75 61 74 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63
6f 6d 82 15 73 69 74 65 73 2d 71 61 2e 73 79 6d
61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 1b 73 69 74 65 73
2d 69 6e 74 65 72 6e 61 6c 2e 73 79 6d 61 6e 74
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72 65 73 70 6f 6e 73 65 2e 73 79 6d 61 6e 74 65
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73 2e 62 6c 75 65 63 6f 61 74 2e 63 6f 6d 82 17
70 61 72 74 6e 65 72 6e 65 74 2e 73 79 6d 61 6e
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6e 65 74 2e 6e 6f 72 74 6f 6e 2e 63 6f 6d 82 19
70 61 72 74 6e 65 72 6e 65 74 2d 75 61 74 2e 6e
6f 72 74 6f 6e 2e 63 6f 6d 82 18 70 61 72 74 6e
65 72 6e 65 74 2d 71 61 2e 6e 6f 72 74 6f 6e 2e
63 6f 6d 82 1e 70 61 72 74 6e 65 72 6e 65 74 2d
69 6e 74 65 72 6e 61 6c 2e 6e 6f 72 74 6f 6e 2e
63 6f 6d 82 0f 6d 79 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63
2e 63 6f 6d 82 13 6d 79 2d 75 61 74 2e 73 79 6d
61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 12 6d 79 2d 71 61
2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 0e 6d
2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 0f 6b
39 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 0f
67 6f 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82
0e 67 6f 2e 73 6b 79 63 75 72 65 2e 63 6f 6d 82
0f 67 65 74 2e 73 6b 79 63 75 72 65 2e 63 6f 6d
82 13 66 6f 72 75 6d 73 2e 73 79 6d 61 6e 74 65
63 2e 63 6f 6d 82 13 66 6f 72 75 6d 73 2e 62 6c
75 65 63 6f 61 74 2e 63 6f 6d 82 1e 63 64 6e 2e
73 65 63 75 72 69 74 79 63 6c 6f 75 64 2e 73 79
6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 24 63 64 6e 2d
73 74 61 67 65 2e 73 65 63 75 72 69 74 79 63 6c
6f 75 64 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d
82 15 62 75 79 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 63 6c
6f 75 64 2e 63 6f 6d 82 10 62 75 79 2e 73 79 6d
61 6e 74 65 63 2e 63 6f 6d 82 10 62 6c 6f 67 2e
73 6b 79 63 75 72 65 2e 63 6f 6d 82 15 62 63 70
6f 72 74 61 6c 2e 73 79 6d 61 6e 74 65 63 2e 63
6f 6d 30 0e 06 03 55 1d 0f 01 01 ff 04 04 03 02
05 a0 30 1d 06 03 55 1d 25 04 16 30 14 06 08 2b
06 01 05 05 07 03 01 06 08 2b 06 01 05 05 07 03
02 30 75 06 03 55 1d 1f 04 6e 30 6c 30 34 a0 32
a0 30 86 2e 68 74 74 70 3a 2f 2f 63 72 6c 33 2e
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32 2d 65 76 2d 73 65 72 76 65 72 2d 67 32 2e 63
72 6c 30 34 a0 32 a0 30 86 2e 68 74 74 70 3a 2f
2f 63 72 6c 34 2e 64 69 67 69 63 65 72 74 2e 63
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64 69 67 69 63 65 72 74 2e 63 6f 6d 30 52 06 08
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2f 63 61 63 65 72 74 73 2e 64 69 67 69 63 65 72
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41 32 45 78 74 65 6e 64 65 64 56 61 6c 69 64 61
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