前端学习【HTTPS协议篇(一)】

前言:由于微信小程序要求必须通过 HTTPS 完成与服务端通信,若开发者选择自行搭建 HTTPS 服务,那需要自行 SSL 证书申请、部署,完成 https 服务搭建。故借此学习了一下HTTPS协议。

什么是HTTPS?


HTTPS(全称:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),即安全套接字层超文本传输协议,是以安全为目标的HTTP通道,简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层,HTTPS的安全基础是SSL,因此加密的详细内容就需要SSL。 它是一个URI scheme(抽象标识符体系),句法类同http:体系。用于安全的HTTP数据传输。https:URL表明它使用了HTTP,但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层(在HTTP与TCP之间)。这个系统的最初研发由网景公司(Netscape)进行,并内置于其浏览器Netscape Navigator中,提供了身份验证与加密通讯方法。现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯,例如交易支付方面。

HTTPS和HTTP的区别


超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息。HTTP协议以明文方式发送内容,不提供任何方式的数据加密,如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文,就可以直接读懂其中的信息,因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息,比如信用卡号、密码等。
为了解决HTTP协议的这一缺陷,需要使用另一种协议:安全套接字层超文本传输协议HTTPS。为了数据传输的安全,HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议,SSL依靠证书来验证服务器的身份,并为浏览器和服务器之间的通信加密。
HTTPS和HTTP的区别主要为以下四点:
一、https协议需要到ca申请证书,一般免费证书很少,需要交费。
二、http是超文本传输协议,信息是明文传输,https 则是具有安全性的ssl加密传输协议。
三、http和https使用的是完全不同的连接方式,用的端口也不一样,前者是80,后者是443。
四、http的连接很简单,是无状态的;HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议,比http协议安全。

什么是SSL/TLS?


SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全(Transport Layer Security,TLS)是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。
SSL (Secure Socket Layer)为Netscape所研发,用以保障在Internet上数据传输之安全,利用数据加密(Encryption)技术,可确保数据在网络上之传输过程中不会被截取及窃听。目前一般通用之规格为40 bit之安全标准,美国则已推出128 bit之更高安全标准,但限制出境。只要3.0版本以上之I.E.或Netscape浏览器即可支持SSL。
当前版本为3.0。它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。
SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间,为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层:SSL记录协议(SSL Record Protocol):它建立在可靠的传输协议(如TCP)之上,为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。SSL握手协议(SSL Handshake Protocol):它建立在SSL记录协议之上,用于在实际的数据传输开始前,通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

一、作用

不使用SSL/TLS的HTTP通信,就是不加密的通信。所有信息明文传播,带来了三大风险。

(1) 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。
(2) 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容。
(3) 冒充风险(pretending):第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的,希望达到:

(1) 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听。
(2) 具有校验机制,一旦被篡改,通信双方会立刻发现。
(3) 配备身份证书,防止身份被冒充。

二、历史

1994年,NetScape公司设计了SSL协议(Secure Sockets Layer)的1.0版,但是未发布。
1995年,NetScape公司发布SSL 2.0版,很快发现有严重漏洞。
1996年,SSL 3.0版问世,得到大规模应用。
1999年,互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了SSL的升级版[TLS](http://en.wikipedia.org/wiki/Secure_Sockets_Layer) 1.0版。
2006年和2008年,TLS进行了两次升级,分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的[修订版](http://tools.ietf.org/html/rfc6176)。

目前,应用最广泛的是TLS 1.0,接下来是SSL 3.0。但是,主流浏览器都已经实现了TLS 1.2的支持。
TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1,TLS 1.1为SSL 3.2,TLS 1.2为SSL 3.3。

三、基本的运行过程

(1) 客户端向服务器端索要并验证公钥。
(2) 双方协商生成"对话密钥"。
(3) 双方采用"对话密钥"进行加密通信。

上面过程的前两步,又称为"握手阶段"(handshake)。

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握手阶段的详细过程

** 第一步 客户端发出请求(ClientHello)**

(1) 支持的协议版本,比如TLS 1.0版。
(2) 一个客户端生成的随机数,稍后用于生成"对话密钥"。
(3) 支持的加密方法,比如RSA公钥加密。
(4) 支持的压缩方法。

** 第二步 服务器回应(SeverHello)**

(1) 确认使用的加密通信协议版本,比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信。
(2) 一个服务器生成的随机数,稍后用于生成"对话密钥"。
(3) 确认使用的加密方法,比如RSA公钥加密。
(4) 服务器证书。

** 第三步 客户端回应**

(1) 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听。
(2) 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
(3) 客户端握手结束通知,表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供服务器校验。

** 第四步 服务器的最后回应**

(1)编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
(2)服务器握手结束通知,表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供客户端校验。

至此,整个握手阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进入加密通信,就完全是使用普通的HTTP协议,只不过用"会话密钥"加密内容。

HTTPS的普及之路


事实上 HTTPS 1995 年就诞生了,是一个非常古老、成熟的协议。同时又能很好地防止内容劫持,保护用户隐私。但是为什么一直到今天,还有大部分的网站不支持 HTTPS,只使用 HTTP 呢?

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占比

影响 HTTPS 普及的主要原因可以概括为两个字:「慢」和「贵」。

(1)慢
在未经任何优化的情况下,HTTPS 会严重降低用户的访问速度。主要因素包括:

网络耗时。由于协议的规定,必须要进行的网络传输。比如 SSL 完全握手,302 跳转等。最坏情况下可能要增加 7 个 RTT。

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SSL握手

计算耗时。无论是客户端还是服务端,都需要进行对称加解密,协议解析,私钥计算,证书校验等计算,增加大量的计算时间。

(2)贵

HTTPS 的贵,主要体现在如下三方面:

1、服务器成本。HTTPS 的私钥计算会导致服务端性能的急剧下降,甚至不到 HTTP 协议的十分之一,也就是说,如果 HTTP 的性能是 10000cps,HTTPS 的性能可能只有几百 cps,会增加数倍甚至数十倍的服务器成本。

2、证书成本。根据证书个数及证书类型,一年可能需要花费几百到几百万不等的证书成本。

3、开发和运维成本。HTTPS 协议比较复杂,openssl 的开源实现也经常发生安全BUG, 包括协议的配置,证书的更新,过期监控,客户端的兼容等一系列问题都需要具备专业背景的技术人员跟进处理。

(完)

其实不仅仅是小程序,苹果 iOS 平台,Google Android 在 2017 也逐步强制要求开发者使用 HTTPS 接入。在下一章,我们将学习如何搭建HTTPS服务,敬请期待!

参考文献 :

百度百科
SSL/TLS协议运行机制的概述——阮一峰

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