在一个开放的网络环境中，信息可能被泄露、被篡改，或者被非法用户访问，而传统的网络协议仅解决通信传输问题，并未设计安全风险应对措施。以支撑因特网（Internet）的TCP（transmission control protocol，传输控制协议）/IP（Internet Protocol，网际互联协议）协议族为例，其核心协议IP投递的IP数据报为明文，仅设置了简单的校验和用于检测数据报内容是否发生变化，而网络编程人员要构造一个包含虚假IP地址的数据报也非常简单。这就给信息交换带来了很大的安全风险：一是攻击者可以对数据报进行窃听；二是攻击者可以篡改数据报内容并根据篡改后的内容重新计算校验和，使得篡改不会被检测出来；三是攻击者可以伪造IP地址实现身份伪装或实施网络攻击。引入基于密码学的安全技术后，上述安全问题可以得到很好的解决。首先，可以对IP数据报作加密处理，即使攻击者窃取了数据报，也很难解密获取信息。其次，可以引入加密的校验机制用于防止信息被篡改，因为攻击者很难获取加密前的校验数据，也就无法更改这个校验值。最后，可以用基于密码学的技术进行身份认证而不仅仅是IP地址，由此可以有效防止身份伪装。以上用IP层安全引出了解决安全问题的思路，事实上，这也是所有安全协议的核心思想，即用密码学解决安全问题。

构建网络安全协议需要几个关键组件：密钥、散列算法、加密算法和消息验证码，其中散列算法的功能是对任意长度的数据产生固定长度的摘要，同时确保不能由摘要获取原始数据，也要避免两个不同的数据产生相同的摘要值。对摘要进行加密即得到消息验证码。基于上述关键组件，网络安全协议的思想见图。在数据发送时，发送者Alice计算消息验证码并将其与数据一起加密发送给Bob。在数据接收后，Bob还原数据并计算摘要值，同时解密消息验证码获取摘要值并将两个值进行比对，比对一致说明数据未被篡改。

网络安全协议的基本原理图

密钥是密码学的核心，也是网络安全协议的核心。加密可以基于公钥密码机制实现，但由于使用这种机制较为耗时，大部分安全协议还是使用对称密码体制解决加密问题。在这种情况下，如何让通信双方共享密钥成为关键。此外，身份认证也是一个重难点问题。因此，密钥交换协议和认证授权协议应运而生，它们与加密通信协议一起，成为网络安全协议的3个分支。常用的密钥交换协议为IKE（internet key exchange，因特网密钥交换），认证授权协议包括Kerberos协议、RADIUS（remote authentication dial-in user service，远程拨号认证服务）协议和CHAP（challenge-handshake authentication protocol，挑战握手认证协议）协议等。

加密通信协议是用于通信的网络安全协议。加密通信协议的流程通常包括建立安全通道和安全数据传输2个步骤。建立安全通道是指通信双方进行身份认证，协商加密算法、散列算法和消息验证码算法，建立共享会话密钥的过程。安全数据传输则是用已协商好的安全参数（密钥和算法）保护数据并进行传输的过程。较为通用的加密通信协议包括：IP层的IPsec（IP security，IP安全）协议、传输层的SSL（secure socket layer，安全套接层）协议、TLS（transport layer security，传输层安全）协议和SSH（secure shell，安全外壳）协议，以及用于电子商务应用的SET（secure electronic transaction，安全电子交易）协议等。加密通信协议需要密钥交换和认证协议的支持，有的使用Kerberos等已有的协议，有的则自己定义了相关协议或步骤。

网络安全协议应网络通信安全需求提出，截至2018年，已经在电子商务、VPN（virtual private network，虚拟专用网）、云安全等方面得到了广泛的应用。以淘宝等电商平台为例，当用户输入www.taobao.com网站域名时，网站地址会自动定位为https://www.taobao.com/，其中协议字段为https，这表示将使用基于SSL的HTTP（hypertext transfer protocol，超文本传输协议）访问淘宝网站。