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HTTPS在在线支付中的安全验证流程

2024-12-094.5k 阅读

HTTPS 基础原理

1. 什么是 HTTPS

HTTPS（Hyper - Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的 HTTP 通道，简单讲是 HTTP 的安全版。它通过在 HTTP 下加入 SSL/TLS 层，为数据传输提供加密、身份验证和完整性保护。在在线支付场景中，HTTPS 是保障支付信息安全的基石。

2. HTTPS 加密原理

HTTPS 使用对称加密和非对称加密结合的方式。

  • 对称加密：通信双方使用相同的密钥对数据进行加密和解密。例如，AES（高级加密标准）算法就是一种常用的对称加密算法。其优点是加密和解密速度快，适合大量数据的加密。但缺点是密钥管理困难，因为双方需要共享密钥，如果密钥在传输过程中泄露，数据就会面临被破解的风险。
  • 非对称加密：使用一对密钥，即公钥和私钥。公钥可以公开，任何人都可以用公钥对数据进行加密，而只有持有私钥的一方才能解密数据。RSA 算法是典型的非对称加密算法。非对称加密解决了对称加密中密钥传输的安全性问题，但由于其加密和解密速度较慢，不适合大量数据的加密。

在 HTTPS 连接建立过程中，首先使用非对称加密来安全地交换对称加密的密钥，然后使用对称加密来加密实际传输的数据，这样既保证了密钥传输的安全性，又兼顾了数据传输的效率。

3. SSL/TLS 握手过程

SSL/TLS 握手是 HTTPS 连接建立的关键步骤，它主要完成以下几个任务：

  1. 客户端发起请求：客户端向服务器发送一个 ClientHello 消息，其中包含客户端支持的 SSL/TLS 版本、加密套件列表等信息。
  2. 服务器响应：服务器收到 ClientHello 后，回复一个 ServerHello 消息，选择一个双方都支持的 SSL/TLS 版本和加密套件，并向客户端发送服务器的数字证书。这个证书包含了服务器的公钥以及一些关于服务器身份的信息。
  3. 客户端验证证书：客户端收到服务器的证书后，会验证证书的合法性。它会检查证书是否由受信任的证书颁发机构（CA）签发，证书是否过期，证书中的域名是否与实际访问的域名一致等。如果证书验证通过，客户端会从证书中提取服务器的公钥。
  4. 生成预主密钥：客户端生成一个随机数作为预主密钥（Pre - Master Secret），并用服务器的公钥对其进行加密，然后发送给服务器。
  5. 服务器解密预主密钥：服务器使用自己的私钥解密客户端发送的加密预主密钥，得到预主密钥。
  6. 生成会话密钥：客户端和服务器双方根据预主密钥以及之前在握手过程中交换的一些随机数，通过一定的算法生成会话密钥（Session Key）。这个会话密钥将用于后续的数据传输加密。
  7. 完成握手：双方使用会话密钥进行加密通信，发送加密的 Finished 消息，确认握手完成。

HTTPS 在在线支付中的应用

1. 支付请求的加密传输

在在线支付场景中，用户在支付页面输入支付信息（如银行卡号、密码、支付金额等）后，浏览器会将这些信息通过 HTTPS 协议发送给支付服务器。由于 HTTPS 的加密机制，这些敏感信息在传输过程中被加密，即使被第三方截取，也无法获取明文内容。

例如，在一个简单的 Web 支付页面，当用户点击“确认支付”按钮时，浏览器会将支付请求数据按照 HTTPS 协议的要求进行加密封装。假设支付请求数据如下：

{
    "cardNumber": "1234567890123456",
    "amount": 100.00,
    "expiryDate": "12/25",
    "cvv": "123"
}

浏览器会使用与支付服务器协商好的会话密钥对这个 JSON 数据进行加密，然后通过 TCP 连接发送给服务器。

2. 服务器身份验证

支付服务器必须向用户证明自己的身份，防止中间人攻击。这是通过 SSL/TLS 握手过程中的数字证书验证来实现的。用户的浏览器会验证支付服务器提供的数字证书，确保服务器是合法的、可信任的。

例如，在使用支付宝进行支付时，支付宝服务器会向用户浏览器发送其数字证书。浏览器会验证这个证书是否由知名的 CA（如 VeriSign 等）签发，证书中的域名是否为“alipay.com”。如果证书验证通过，浏览器就会认为该服务器是合法的支付宝服务器，可以安全地进行支付操作。

3. 防止重放攻击

重放攻击是指攻击者截取并重新发送合法的支付请求，试图重复执行支付操作。HTTPS 通过在每次连接中使用不同的会话密钥以及在握手过程中交换的随机数来防止重放攻击。

在 SSL/TLS 握手过程中，客户端和服务器会交换多个随机数，这些随机数会参与会话密钥的生成。由于每次连接的随机数不同，生成的会话密钥也不同，即使攻击者截取了之前的支付请求并重新发送，服务器也会因为使用的是不同的会话密钥而无法正确解密，从而防止了重放攻击。

HTTPS 安全验证流程实现

1. 使用 OpenSSL 库实现 HTTPS 客户端

以下是一个使用 OpenSSL 库实现的简单 HTTPS 客户端示例代码，用于向支付服务器发送支付请求：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

#define MAXLINE 1024

void ShowCerts(SSL* ssl) {
    X509* cert;
    char* line;

    cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
    if (cert != NULL) {
        printf("数字证书信息:\n");
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
        printf("证书主题: %s\n", line);
        free(line);
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
        printf("证书颁发者: %s\n", line);
        free(line);
        X509_free(cert);
    } else
        printf("无证书信息！\n");
}

int main(int argc, char** argv) {
    int sockfd, bytes_read;
    char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
    SSL_CTX* ctx;
    SSL* ssl;

    const char* server = "pay.example.com";
    const char* port = "443";

    // 初始化 OpenSSL
    SSL_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method());
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        exit(1);
    }

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket 创建失败");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(atoi(port));
    inet_pton(AF_INET, server, &servaddr.sin_addr);

    // 连接服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("连接失败");
        close(sockfd);
        exit(1);
    }

    // 创建 SSL 连接
    ssl = SSL_new(ctx);
    SSL_set_fd(ssl, sockfd);

    if (SSL_connect(ssl) != 0) {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        close(sockfd);
        SSL_free(ssl);
        SSL_CTX_free(ctx);
        exit(1);
    }

    // 验证服务器证书
    ShowCerts(ssl);

    // 构建支付请求数据
    sprintf(sendline, "{\"cardNumber\":\"1234567890123456\",\"amount\":100.00,\"expiryDate\":\"12/25\",\"cvv\":\"123\"}");
    // 发送支付请求
    if (SSL_write(ssl, sendline, strlen(sendline)) <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        close(sockfd);
        SSL_free(ssl);
        SSL_CTX_free(ctx);
        exit(1);
    }

    // 接收服务器响应
    bytes_read = SSL_read(ssl, recvline, MAXLINE - 1);
    if (bytes_read <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        close(sockfd);
        SSL_free(ssl);
        SSL_CTX_free(ctx);
        exit(1);
    }
    recvline[bytes_read] = '\0';
    printf("服务器响应: %s\n", recvline);

    // 关闭连接
    close(sockfd);
    SSL_free(ssl);
    SSL_CTX_free(ctx);

    return 0;
}

2. 使用 Node.js 和 Express 实现 HTTPS 支付服务器

以下是一个使用 Node.js 和 Express 框架实现的简单 HTTPS 支付服务器示例代码：

const express = require('express');
const https = require('https');
const fs = require('fs');
const app = express();

// 加载证书和私钥
const options = {
    key: fs.readFileSync('server.key'),
    cert: fs.readFileSync('server.crt')
};

app.use(express.json());

// 模拟支付处理路由
app.post('/pay', (req, res) => {
    console.log('收到支付请求:', req.body);
    // 这里可以添加实际的支付处理逻辑
    res.json({ message: '支付请求已接收', status:'success' });
});

const server = https.createServer(options, app);

const port = 443;
server.listen(port, () => {
    console.log(`服务器正在监听端口 ${port}`);
});

在上述 Node.js 代码中，首先通过 https.createServer 方法创建一个 HTTPS 服务器，并加载服务器的私钥和证书。然后使用 Express 框架定义了一个 /pay 路由来处理支付请求。当客户端发送支付请求到这个路由时，服务器会打印请求信息，并返回一个简单的成功响应。

常见安全问题及解决方法

1. 证书过期或无效

如果支付服务器的数字证书过期或无效，用户的浏览器会提示安全警告。这可能是由于证书未及时更新或证书被篡改等原因导致的。 解决方法：服务器管理员应定期检查证书的有效期，并在证书即将过期时及时向 CA 申请更新证书。同时，要确保证书的存储和使用过程中不被篡改。

2. 中间人攻击风险

虽然 HTTPS 能有效防止中间人攻击，但如果攻击者能够突破一些安全防线，如通过钓鱼网站诱使用户访问恶意服务器，仍然可能发生中间人攻击。 解决方法：用户应提高安全意识，只在官方、可信任的网站进行支付操作。同时，网站可以采用 HSTS（HTTP Strict Transport Security）等技术，强制浏览器只能通过 HTTPS 访问网站，进一步降低中间人攻击的风险。

3. 弱加密算法问题

如果在 SSL/TLS 握手过程中选择了弱加密算法，数据的安全性会受到威胁。一些老旧的加密算法可能已被破解或存在安全漏洞。 解决方法：服务器应配置支持最新、最安全的加密算法，并禁用弱加密算法。同时，客户端也应尽量支持最新的加密标准，以确保通信的安全性。

在在线支付领域，HTTPS 的安全验证流程是保障支付安全的核心环节。无论是客户端还是服务器端，都需要严格遵循 HTTPS 的规范和标准，以确保用户支付信息的机密性、完整性和服务器身份的真实性。通过深入理解 HTTPS 的原理和实现，并结合实际应用中的安全问题进行防范，才能构建一个安全可靠的在线支付环境。