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HTTP協(xié)議（二）：HTTPS

發(fā)表日期：2018-09 文章編輯：小燈 瀏覽次數(shù)：2371

HTTPS 協(xié)議（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：可以理解為HTTP+SSL/TLS， 即 HTTP下加入 SSL 層，HTTPS的安全基礎(chǔ)是 SSL，因此加密的詳細(xì)內(nèi)容就需要 SSL，用于安全的 HTTP 數(shù)據(jù)傳輸。

HTTPS和HTTP的區(qū)別

  • HTTPS協(xié)議需要到CA申請(qǐng)證書，一般免費(fèi)證書較少，因而需要一定費(fèi)用。
  • HTTP是超文本傳輸協(xié)議，信息是明文傳輸，HTTPS則是具有安全性的SSL加密傳輸協(xié)議。
  • HTTP和HTTPS使用的是完全不同的連接方式，用的端口也不一樣，前者是80，后者是443。
  • HTTP的連接很簡(jiǎn)單，是無狀態(tài)的；HTTPS協(xié)議是由SSL+HTTP協(xié)議構(gòu)建的可進(jìn)行加密傳輸、身份認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比HTTP協(xié)議安全。

HTTP的不足

  • 竊聽風(fēng)險(xiǎn)：黑客可以獲知通信內(nèi)容。
  • 篡改風(fēng)險(xiǎn)：黑客可以修改通信內(nèi)容。
  • 冒充風(fēng)險(xiǎn)：黑客可以冒充他人身份參與通信。

SSL

SSL（Secure Socket Layer，安全套接字層）：1994年為 Netscape 所研發(fā)，SSL 協(xié)議位于 TCP/IP協(xié)議與各種應(yīng)用層協(xié)議之間，為數(shù)據(jù)通訊提供安全支持。

TLS

TLS（Transport Layer Security）：其前身是SSL，它最初的幾個(gè)版本（SSL 1.0、SSL 2.0、SSL 3.0）由網(wǎng)景公司開發(fā)，1999年從 3.1開始被IETF 標(biāo)準(zhǔn)化并改名，發(fā)展至今已經(jīng)有 TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2 三個(gè)版本。SSL3.0和TLS1.0由于存在安全漏洞，已經(jīng)很少被使用到。TLS 1.3改動(dòng)會(huì)比較大，目前還在草案階段，目前使用最廣泛的是TLS 1.1、TLS 1.2。

加密算法

對(duì)稱加密

對(duì)稱加密算法非常簡(jiǎn)單，只要加密方和解密方都擁有同一密鑰（可為128，192，256 bit大小的密鑰，密鑰越長(zhǎng)，加密解密時(shí)間越長(zhǎng)，解密難度也越高），即可完成加密解密過程，且假設(shè)無法強(qiáng)制對(duì)加密過的明文進(jìn)行解密。

非對(duì)稱加密

加密使用的密鑰和解密使用的密鑰是不相同的，分別稱為：公鑰、私鑰，公鑰和算法都是公開的，私鑰是保密的。非對(duì)稱加密算法性能較低，但是安全性超強(qiáng)，由于其加密特性，非對(duì)稱加密算法能加密的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也是有限的。例如：RSA、DSA、ECDSA、 DH、ECDHE。

哈希算法

將任意長(zhǎng)度的信息轉(zhuǎn)換為較短的固定長(zhǎng)度的值，通常其長(zhǎng)度要比信息小得多，且算法不可逆。例如：MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等。

數(shù)字簽名

簽名就是在信息的后面再加上一段內(nèi)容（信息經(jīng)過hash后的值），可以證明信息沒有被修改過。hash值一般都會(huì)加密后（也就是簽名）再和信息一起發(fā)送，以保證這個(gè)hash值不被修改。

HTTP 向 HTTPS 演化的過程

第一步：對(duì)傳輸?shù)男畔⒓用?/h4>
對(duì)稱加密

此種方式屬于對(duì)稱加密，雙方擁有相同的密鑰，信息得到安全傳輸，但此種方式的缺點(diǎn)是：

  • 不同的客戶端、服務(wù)器數(shù)量龐大，所以雙方都需要維護(hù)大量的密鑰，維護(hù)成本很高。
  • 因每個(gè)客戶端、服務(wù)器的安全級(jí)別不同，密鑰極易泄露。

第二步：非對(duì)稱加密

非對(duì)稱性加密

客戶端用公鑰對(duì)請(qǐng)求內(nèi)容加密，服務(wù)器使用私鑰對(duì)內(nèi)容解密，反之亦然，但上述過程也存在缺點(diǎn)：

  • 公鑰是公開的（也就是黑客也會(huì)有公鑰），所以第 ④ 步私鑰加密的信息，如果被黑客截獲，其可以使用公鑰進(jìn)行解密，獲取其中的內(nèi)容。

第三步：對(duì)稱加密，非對(duì)稱加密兩者結(jié)合

對(duì)稱加密，非對(duì)稱加密兩者結(jié)合
  • 第 ③ 步時(shí)，客戶端說：（咱們后續(xù)回話采用對(duì)稱加密吧，這是對(duì)稱加密的算法和對(duì)稱密鑰）這段話用公鑰進(jìn)行加密，然后傳給服務(wù)器。
  • 服務(wù)器收到信息后，用私鑰解密，提取出對(duì)稱加密算法和對(duì)稱密鑰后，服務(wù)器說：（好的）對(duì)稱密鑰加密。
  • 后續(xù)兩者之間信息的傳輸就可以使用對(duì)稱加密的方式了。
遇到的問題
  • 客戶端如何獲得公鑰？
  • 如何確認(rèn)服務(wù)器是真實(shí)的而不是黑客？

第四步：獲取公鑰與確認(rèn)服務(wù)器身份

設(shè)想
  • 提供一個(gè)下載公鑰的地址，回話前讓客戶端去下載。（缺點(diǎn)：下載地址有可能是假的；客戶端每次在回話前都先去下載公鑰也很麻煩）。
  • 回話開始時(shí)，服務(wù)器把公鑰發(fā)給客戶端（缺點(diǎn)：黑客冒充服務(wù)器，發(fā)送給客戶端假的公鑰）。
SSL 證書
SSL
  • 在第 ② 步時(shí)服務(wù)器發(fā)送了一個(gè)SSL證書給客戶端，SSL證書中包含的具體內(nèi)容有：
    • 證書的發(fā)布機(jī)構(gòu)CA
    • 證書的有效期
    • 公鑰
    • 證書所有者
    • 簽名
瀏覽器認(rèn)證

客戶端在接受到服務(wù)端發(fā)來的SSL證書時(shí)，會(huì)對(duì)證書的真?zhèn)芜M(jìn)行校驗(yàn)，以瀏覽器為例說明如下

  • 首先瀏覽器讀取證書中的證書所有者、有效期等信息進(jìn)行一一校驗(yàn)。
  • 瀏覽器開始查找操作系統(tǒng)中已內(nèi)置的受信任的證書發(fā)布機(jī)構(gòu)CA，與服務(wù)器發(fā)來的證書中的頒發(fā)者CA比對(duì)，用于校驗(yàn)證書是否為合法機(jī)構(gòu)頒發(fā)。
  • 如果找不到，瀏覽器就會(huì)報(bào)錯(cuò)，說明服務(wù)器發(fā)來的證書是不可信任的。
  • 如果找到，那么瀏覽器就會(huì)從操作系統(tǒng)中取出 頒發(fā)者CA的公鑰，然后對(duì)服務(wù)器發(fā)來的證書里面的簽名進(jìn)行解密。
  • 瀏覽器使用相同的hash算法計(jì)算出服務(wù)器發(fā)來的證書的hash值，將這個(gè)計(jì)算的hash值與證書中簽名做對(duì)比。
  • 對(duì)比結(jié)果一致，則證明服務(wù)器發(fā)來的證書合法，沒有被冒充。
  • 此時(shí)瀏覽器就可以讀取證書中的公鑰，用于后續(xù)加密了。

HTTPS 缺點(diǎn)：

  • SSL證書費(fèi)用很高，以及其在服務(wù)器上的部署、更新維護(hù)非常繁瑣。
  • HTTPS 降低用戶訪問速度（多次握手）。
  • 網(wǎng)站改用HTTPS以后，由HTTP跳轉(zhuǎn)到HTTPS的方式增加了用戶訪問耗時(shí)（多數(shù)網(wǎng)站采用302跳轉(zhuǎn)）。
  • HTTPS涉及到的安全算法會(huì)消耗 CPU 資源，需要增加大量機(jī)器（HTTPS訪問過程需要加解密）。

HTTPS 的工作流程

客戶端在使用HTTPS方式與Web服務(wù)器通信時(shí)有以下幾個(gè)步驟：

HTTPS 的工作流程

  • 客戶使用HTTPS的URL訪問Web服務(wù)器，要求與Web服務(wù)器建立SSL連接。
  • Web服務(wù)器收到客戶端請(qǐng)求后，會(huì)將網(wǎng)站的證書信息（證書中包含公鑰）傳送一份給客戶端。
  • 客戶端的瀏覽器與Web服務(wù)器開始協(xié)商SSL連接的安全等級(jí)，也就是信息加密的等級(jí)。
  • 客戶端的瀏覽器根據(jù)雙方同意的安全等級(jí)，建立會(huì)話密鑰，然后利用網(wǎng)站的公鑰將會(huì)話密鑰加密，并傳送給網(wǎng)站。
  • Web服務(wù)器利用自己的私鑰解密出會(huì)話密鑰。
  • Web服務(wù)器利用會(huì)話密鑰加密與客戶端之間的通信。

參考文章

【HTTP】HTTPS 原理詳解
看圖學(xué)HTTPS
HTTPS 的故事
白話https
手把手HTTPS


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