HTTP与HTTPS比较以及通信过程

1.HTTP与HTTPS介绍

什么是HTTP

​ 超文本传输协议，是一个基于请求与响应，无状态的，应用层的协议，常基于TCP/IP协议传输数据，互联网上应用最为广泛的一种网络协议,所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP的初衷是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。

版本	产生时间	内容	发展现状
HTTP/0.9	1991年	不涉及数据包传输，规定客户端和服务器之间通信格式，只能GET请求	没有作为正式的标准
HTTP/1.0	1996年	传输内容格式不限制，增加PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE命令，只有短连接	正式作为标准
HTTP/1.1	1997年	持久连接(长连接)、节约带宽、HOST域、管道机制、分块传输编码	2015年前使用最广泛
HTTP/2	2015年	多路复用、服务器推送、头信息压缩、二进制协议等	逐渐覆盖市场

多路复用：通过单一的HTTP/2连接请求发起多重的请求-响应消息，多个请求stream共享一个TCP连接，实现多留并行而不是依赖建立多个TCP连接。

HTTP报文格式

什么是HTTPS

《图解HTTP》这本书中曾提过HTTPS是身披SSL外壳的HTTP。HTTPS是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议，经由HTTP进行通信，利用SSL/TLS建立全信道，加密数据包。HTTPS使用的主要目的是提供对网站服务器的身份认证，同时保护交换数据的隐私与完整性。PS:TLS是传输层加密协议，前身是SSL协议，由网景公司1995年发布，有时候两者不区分。

2.HTTP VS HTTPS

HTTP特点：

1. 无状态：协议对客户端没有状态存储，对事物处理没有“记忆”能力，比如访问一个网站需要反复进行登录操作
2. 无连接：HTTP/1.1之前，由于无状态特点，每次请求需要通过TCP三次握手四次挥手，和服务器重新建立连接。比如某个客户机在短时间多次请求同一个资源，服务器并不能区别是否已经响应过用户的请求，所以每次需要重新响应请求，需要耗费不必要的时间和流量。
3. 基于请求和响应：基本的特性，由客户端发起请求，服务端响应
4. 简单快速、灵活
5. 通信使用明文、请求和响应不会对通信方进行确认、无法保护数据的完整性

针对无状态的一些解决策略：

1. 通过Cookie/Session技术
2. HTTP/1.1持久连接（HTTP keep-alive）方法，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持TCP连接状态，在请求首部字段中的Connection: keep-alive即为表明使用了持久连接

http的三个不足：

1. 不验证身份，导致身份可能被伪装。
2. 明文通信，数据可能被窃取
3. 无法验证报文的完整性，内容可能被篡改。

HTTPS特点：

介绍：基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护

1. 内容加密：采用混合加密技术，中间者无法直接查看明文内容
2. 验证身份：通过证书认证客户端访问的是自己的服务器
3. 保护数据完整性：防止传输的内容被中间人冒充或者篡改

混合加密：结合非对称加密和对称加密技术。客户端使用对称加密生成密钥对传输数据进行加密，然后使用非对称加密的公钥再对秘钥进行加密，所以网络上传输的数据是被秘钥加密的密文和用公钥加密后的秘密秘钥，因此即使被黑客截取，由于没有私钥，无法获取到加密明文的秘钥，便无法获取到明文数据。

数字摘要：通过单向hash函数对原文进行哈希，将需加密的明文“摘要”成一串固定长度(如128bit)的密文，不同的明文摘要成的密文其结果总是不相同，同样的明文其摘要必定一致，并且即使知道了摘要也不能反推出明文。

数字签名技术：数字签名建立在公钥加密体制基础上，是公钥加密技术的另一类应用。它把非对称加密技术和数字摘要结合起来，形成了实用的数字签名技术。数字签名就是利用私钥加密信息数字摘要这样就形成了数字签名

数字证书：数字证书是指在互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一个数字认证，人们可以在网上用它来识别对方的身份。

• 混合加密解决了HTTP通信中可能被窃取的问题
• 数字签名技术解决了解决数据篡改问题
• 数字证书解决身份伪装问题
  

非对称加密过程需要用到公钥进行加密，那么公钥从何而来？其实公钥就被包含在数字证书中，数字证书通常来说是由受信任的数字证书颁发机构CA，在验证服务器身份后颁发，证书中包含了一个密钥对（公钥和私钥）和所有者识别信息。数字证书被放到服务端，具有服务器身份验证和数据传输加密功能。

3.HTTPS实现原理

HTTPS通信主要包括几个节点，发起请求、验证身份、协商秘钥、加密会话，具体流程如下（此例子只有客户端对服务端的单向验证）：

1、客户端向服务端发起建立HTTPS请求。

2、服务器向客户端发送数字证书。

3、客户端验证数字证书，证书验证通过后客户端生成会话密钥（双向验证则此处客户端也会向服务器发送证书）。

4、服务器生成会话密钥（双向验证此处服务端也会对客户端的证书验证）。

5、客户端与服务端开始进行加密会话。

4.HTTP与HTTPS通信传输

http通信过程

HTTP通信机制是在一次完整的HTTP通信过程中，Web浏览器与Web服务器之间将完成下列7个步骤：

1 建立TCP连接
在HTTP工作开始之前，Web浏览器首先要通过网络与Web服务器建立连接，该连接是通过TCP来完成的，该协议与IP协议共同构建Internet，即著名的TCP/IP协议族，因此Internet又被称作是TCP/IP网络。HTTP是比TCP更高层次的应用层协议，根据规则，只有低层协议建立之后才能进行更深层协议的连接，因此，首先要建立TCP连接，一般TCP连接的端口号是80。

2 Web浏览器向Web服务器发送请求命令
一旦建立了TCP连接，Web浏览器就会向Web服务器发送请求命令
例如：GET/sample/hello.jsp HTTP/1.1。

3 Web浏览器发送请求头信息
浏览器发送其请求命令之后，还要以头信息的形式向Web服务器发送一些别的信息，之后浏览器发送了一空白行来通知服务器，它已经结束了该头信息的发送。

4 Web服务器应答
客户机向服务器发出请求后，服务器会客户机回送应答，
HTTP/1.1 200 OK
应答的第一部分是协议的版本号和应答状态码。

5 Web服务器发送应答头信息
正如客户端会随同请求发送关于自身的信息一样，服务器也会随同应答向用户发送关于它自己的数据及被请求的文档。

6 Web服务器向浏览器发送数据
Web服务器向浏览器发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以Content-Type应答头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据。

7 Web服务器关闭TCP连接
一般情况下，一旦Web服务器向浏览器发送了请求数据，它就要关闭TCP连接，然后如果浏览器或者服务器在其头信息加入了这行代码
Connection:keep-alive
TCP连接在发送后将仍然保持打开状态，于是，浏览器可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了为每个请求建立新连接所需的时间，还节约了网络带宽。

客户端输入URL回车，DNS解析域名得到服务器的IP地址，服务器在80端口监听客户端请求，端口通过TCP/IP协议（可以通过Socket实现）建立连接，HTTP属于TCP/IP模型中的应用层协议。

报文从运用层传送到传输层，传输层通过TCP三次握手和服务器建立连接，四次挥手释放连接。

HTTPS通信过程

上面指出了明文传输的问题及解决方案时，并解释完对称加密、非对称加密等概念之后。现在来完整地看下SSL协议握手的过程

整体情况如下图：

1. Client Hello
   握手第一步是客户端向服务端发送 Client Hello 消息，这个消息里包含了一个客户端生成的随机数 Random1、客户端支持的加密套件（Support Ciphers）和 SSL Version 等信息。

2. Server Hello
   第二步是服务端向客户端发送 Server Hello 消息，这个消息会从 Client Hello 传过来的 Support Ciphers 里确定一份加密套件，这个套件决定了后续加密和生成摘要时具体使用哪些算法，另外还会生成一份随机数 Random2。注意，至此客户端和服务端都拥有了两个随机数（Random1+ Random2），这两个随机数会在后续生成对称秘钥时用到。

3. Certificate
   这一步是服务端将自己的 证书下发给客户端，让客户端验证自己的身份，客户端验证通过后取出证书中的公钥。

4. Certificate Verify
   客户端收到服务端传来的证书后，先从 CA 验证该证书的合法性，验证通过后取出证书中的服务端公钥，再生成一个随机数 Random3，再用服务端公钥非对称加密 Random3 生成 PreMaster Key。

5. Client Key Exchange
   上面客户端根据服务器传来的公钥生成了 PreMaster Key，Client Key Exchange 就是将这个 key 传给服务端，服务端再用自己的私钥解出这个 PreMaster Key 得到客户端生成的Random3。至此，客户端和服务端都拥有 Random1 + Random2 + Random3，两边再根据同样的算法就可以生成一份秘钥，握手结束后的应用层数据都是使用这个秘钥进行对称加密。为什么要使用三个随机数呢？这是因为 SSL/TLS 握手过程的数据都是明文传输的，并且多个随机数种子来生成秘钥不容易被暴力破解出来。

6. Encrypted Handshake Message(Client)
   这一步对应的是 Client Finish 消息，客户端将前面的握手消息生成摘要再用协商好的秘钥加密，这是客户端发出的第一条加密消息。服务端接收后会用秘钥解密，能解出来说明前面协商出来的秘钥是一致的。

7. Change Cipher Spec(Server)
   这一步是服务端通知客户端后面再发送的消息都会使用加密，也是一条事件消息。

8. Encrypted Handshake Message(Server)
   到这里，双方已安全地协商出了同一份秘钥，所有的应用层数据都会用这个秘钥加密后再通过 TCP 进行可靠传输。

5.参考链接：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/56663184

https://www.cnblogs.com/ghl1024/p/12080532.html