关于HSTS安全协议的全面详细解析

HTTP 严格传输安全（HSTS）是一种安全功能，web 服务器通过它来告诉浏览器仅用 HTTPS 来与之通讯，而不是使用 HTTP。HSTS 是网站从 HTTP 到 HTTPS 中网站性能及安全优化非常重要的一个步骤，能够解决和兼容 HTTPS 中的一些不足之处。HSTS 在全站 HTTPS 下有一个较大的正向作用，推荐使用。

一、HSTS 是什么？

国际互联网工程组织 IETE 正在推行一种新的 Web安全协议HTTP Strict Transport Security（HSTS）。采用 HSTS 协议的网站将保证浏览器始终连接到该网站的 HTTPS 加密版本，不需要用户手动在 URL 地址栏中输入加密地址。该协议将帮助网站采用全局加密，用户看到的就是该网站的安全版本。
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HSTS 的作用是强制客户端（如浏览器）使用 HTTPS 与服务器创建连接。服务器开启 HSTS 的方法是，当客户端通过 HTTPS 发出请求时，在服务器返回的超文本传输协议响应头中包含 Strict-Transport-Security 字段。非加密传输时设置的 HSTS 字段无效。
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HTTPS 最典型的用户访问过程
通常我们访问一个网站时，一般在浏览器中只输入网站地址，而不输入协议名。比如访问子凡的泪雪博客，如果直接输入网址 https://leoheng.com 或leoheng.com 时，这就给了中间人***的一个机会，重定向会可能会被破坏，从而定向到一个恶意站点而不是应该访问的加密页面。HTTP 严格传输安全（HSTS）功能使 Web 服务器告知浏览器绝不使用 HTTP 访问，在浏览器端自动将所有到该站点的 HTTP 访问替换为 HTTPS 访问。
即使你打开网站看到的是全站 HTTPS 状态 ，你是因为我们在服务器上做过301/302 跳转到 https://leoheng.com/ 这个地址的， HTTPS 网站的做法是对用户的 HTTP 访问做 302 跳转到 HTTPS，并重新建连。（访问过程如下图）

那么问题也就来了，在这个跳转的过程中就有两个不足之处：

• 整个通信过程中的前两个 RT 是没有意义的；
• 使用了不安全的 HTTP 通信，如果是在提交敏感数据呢。
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  HSTS 的出现就是解决这些问题的。HSTS 的作用除了节省 HTTPS 通信 RT 和强制使用 HTTPS ，还包括：
  阻止基于SSLStrip 的中间人***；
  万一证书有错误，则显示错误，用户不能回避警告。
  HSTS 的工作机制可描述如下：服务器端配置支持 HSTS 后，会在给浏览器返回的 HTTP 首部中携带 HSTS 字段。浏览器获取到该信息后，会将所有 HTTP 访问请求在内部做307跳转到 HTTPS，而无需任何网络过程，从而提高了兼容性，这个机制对于不支持 HTTPS 的搜索引擎来说也是非常友好的做法。
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  目前大部分浏览器对 HSTS 的支持已经相当完美，具体各浏览器和版本的支持情况可以在http://leoheng.com/#search=HSTS上查看。 但是 HSTS 是有缺陷的，第一次访问网站的客户端，HSTS 并不工作。 要解决这个问题，就要了解我们下面要讲解的 HSTS preload list。

HSTS preload list 是什么？
HSTS preload list 是 Chrome 浏览器中的 HSTS 预载入列表，在该列表中的网站，使用 Chrome 浏览器访问时，会自动转换成 HTTPS。Firefox、Safari、Edge 浏览器也会采用这个列表。
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加入 HSTS preload list 所需条件：

• 有效的证书；
• 将所有 HTTP 流量重定向到 HTTPS；
• 确保所有子域名启用 HTTPS，特别是 www 子域名。
• 同时输出的 HSTS 响应头部需要满足以下条件：
• max-age 至少需要 18 周，10886400 秒
• 必须指定 includeSubdomains 参数
• 必须支持 preload 参数
  一个典型满足 HSTS preload list 的响应头部为：Strict-Transport-Security: max-age=63072000; includeSubDomains; preload
  从申请到审核通过，时间在几天到几周不等。值得一提的是，从审核通过到正式加入到 Chrome 的 stable release 版本中还需要一段时间，因为要经过 canary、dev、beta 以及 stable progression。
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  HSTS 的优势及必要性
  简单说就是强制客户端使用 HTTPS 访问页面。有效避免了中间人对 80 端口的劫持。但是这里存在一个问题：如果用户在劫持状态，并且没有访问过源服务器，那么源服务器是没有办法给客户端种下 Strict-Transport-Security 响应头的（都被中间人挡下来了）。
  启用 HSTS 不仅仅可以有效防范中间人*，同时也为浏览器节省来一次 302/301 的跳转请求，收益还是很高的。我们的很多页面，难以避免地出现 http 的链接，比如 help 中的链接、运营填写的链接等，这些链接的请求都会经历一次 302，对于用户也是一样，收藏夹中的链接保存的可能也是 http 的。
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  307 状态码
  在 GET、HEAD 这些幂等的请求方式上，302、303、307 没啥区别，而对于 POST 就不同了，大部分浏览器 都会 302 会将 POST 请求转为 GET，而 303 是规范强制规定将 POST 转为 GET 请求，请求地址为 header 头中的 Location，307 则不一样，规范要求浏览器继续向 Location 的地址 POST 内容。
  而在 HSTS 中，307 可以被缓存，缓存时间根据 max-age 而定，一般建议缓存 1 年甚至更长。
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  HSTS 存在的坑**
  1. 纯 IP 的请求，HSTS 没法处理，比如 http://3.3.3.1 ， 即便响应头中设置了 STS，浏览器也不会理会（未测试）
  2. HSTS 只能在 80 和 443 端口之间切换，如果服务是 8080 端口，即便设置了 STS，也无效（未测试）
  3. 如果浏览器证书错误，一般情况会提醒存在安全风险，然是依然给一个链接进入目标页，而 HSTS 则没有目标页入口，所以一旦证书配置错误，就是很大的故障了
  4. 如果服务器的 HTTPS 没有配置好就开启了 STS 的响应头，并且还设置了很长的过期时间，那么在你服务器 HTTPS 配置好之前，用户都是没办法连接到你的服务器的，除非 max-age 过期了。
  5. HSTS 能让你的网站在 ssllab 上到 A+

写在最后：HSTS 在全站 HTTPS 下有一个较大的正向作用，推荐使用。