【计算机网络】http协议和https协议详解
目录
一、Http基本概念
1.1 Http协议简介
1.2 Http协议报文格式
1.3 Http原理
1.4 以前使用的协议是HTTP/1.0 ,现在升级为HTTP/1.1。两个的区别是什么？
HTTP1.1版本新特性
1.5 HTTP优化方案
二、Https的基本概念
2.1 Http协议简介
2.2 Https设计目标
2.3 Https原理
三、Http与Https的区别
什么是Http协议无状态协议?怎么解决Http协议无状态协议?
四、Https相对于Http的改进
4.1 双向的身份认证
4.2 数据传输的机密性
4.3 防止重放攻击
五、Https的优点
六、Https的缺点（对比优点）
七、Https的连接过程
一、Http基本概念
1.1 Http协议简介
Http：超文本传输协议（Http，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。设计Http最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。它可以使浏览器更加高效。Http协议是以明文方式发送信息的，如果黑客截取了Web浏览器和服务器之间的传输报文，就可以直接获得其中的信息。
HTTP是一个基于请求与响应模式的、无状态的、应用层的协议，常基于TCP的连接方式，HTTP1.1版本中给出一种持续连接的机制，绝大多数的Web开发，都是构建在HTTP协议之上的Web应用。
1.2 Http协议报文格式
http请求由三部分组成，分别是：请求行、消息报头（首部行）、请求正文
http响应由三部分组成，分别是：状态行、消息报头（首部行）、响应正文
HTTP有两类报文：
请求报文——从客户向服务器发送请求报文
响应报文——从服务器到客户的回答
由于HTTP是面向文本的(text-oriented),因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码 串，因而各个字段的长度都是不确定的*
HTTP请求报文和响应报文都是由三个部分组成的。可以看出，这两种报文格式的E别 就是开始行不同。
- 开始行，用于区分是请求报文还是响应报文。在请求报文中的开始行叫做请求行 (Request-Line),而在响应报文中的开始行叫做状态行(Status-Line)。在开始行的三个字段之间都以空格分隔幵，最后的“CR”和“LF”分别代表“回车”和“换行”。状态行中的短语指的是状态码的原因短语。
- 首部行，用来说明浏览器、服务器或报文主体的一些信息。首部可以有好几行，但也可以不使用。在每一个首部行中都有首部字段名和它的值（键值对）每一行在结束的地方都要有 “回车”和“换行'整个酋部行结束时，还有一空行将首部行和后面的实体主体分开
- 实体主体(entity body),在请求报文中一般都不用这个字段，而在响应报文中也可能没有这个字段
下面先介绍HTTP请求报文的一些主要特点。
请求报文的第一行“请求行”只有三个内容，即方法，请求资源的URL,以及HTTP 的版本。
请注意这里的名词“方法”（method〉是而向对象技术中使用的专门名词，所谓“方法”就是对所请求的对象进行的搡作，这些方法实际上也就是一些命令，因此，请求报文的 类型是由它所采用的方法决定的，下面给出了请求报文中常用的几种方法：
- GET： 用于请求访问已经被URI（统一资源标识符）识别的资源，可以通过URL传参给服务器
- POST：用于传输信息给服务器，主要功能与GET方法类似，但一般推荐使用POST方式。
- PUT： 传输文件，报文主体中包含文件内容，保存到对应URI位置。
- HEAD： 获得报文首部，与GET方法类似，只是不返回报文主体，一般用于验证URI是否有效。
- DELETE：删除文件，与PUT方法相反，删除对应URI位置的文件。
- OPTIONS：查询相应URI支持的HTTP方法。比如说请求一些选项信息。
下面是两个真实的HTTP请求报文
示例(get请求方式)：
示例(post请求方式):
常见状态码：
HTTP状态码共分为5种类型：
1xx：指示信息--表示请求已接收，继续处理
2xx：成功--表示请求已被成功接收、理解、接受
3xx：重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作
4xx：客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现
5xx：服务器端错误--服务器未能实现合法的请求
200：请求被正常处理
204：请求被受理但没有资源可以返回
206：客户端只是请求资源的一部分，服务器只对请求的部分资源执行GET方法，相应报文中通过Content-Range指定范围的资源。
301：永久性重定向
302：临时重定向
303：与302状态码有相似功能，只是它希望客户端在请求一个URI的时候，能通过GET方法重定向到另一个URI上
304：发送附带条件的请求时，条件不满足时返回，与重定向无关
307：临时重定向，与302类似，只是强制要求使用POST方法
400：请求报文语法有误，服务器无法识别
401：请求需要认证
403：请求的对应资源禁止被访问
404：服务器无法找到对应资源
405：表示请求的方式不对，请求行中指定的请求方法不能被用于请求相应的资源。
500：服务器内部错误
503：服务器正忙
1.3 Http原理
① 客户端的浏览器首先要通过网络与服务器建立连接，该连接是通过TCP 来完成的，一般 TCP 连接的端口号是80。 建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是 MIME 信息包括请求修饰符、客户机信息和许可内容。
② 服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是 MIME 信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。
总的来说，一次HTTP操作称为一个事务，其工作过程可分为四步：
- Client与Server建立连接（建立TCP连接，三次握手），单击某个超链接，HTTP的工作开始。
- 连接建立后，Client发送一个请求给Server，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是MIME信息包括请求修饰符，Client信息和可能的内容。
- Web浏览器向Web服务器发送请求行
- Web浏览器发送请求头（首部行）
- Server接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是MIME信息包括Server信息、实体信息和可能的内容。
- Web服务器应答，发送状态行
- Web服务器发送应答头（首部行）
- Web服务器向浏览器发送数据
- Client接收Server返回的信息通过浏览器显示在用户的显示屏上，然后Client和Server断开连接（断开TCP连接，四次挥手）。
1.4 以前使用的协议是HTTP/1.0 ,现在升级为HTTP/1.1。两个的区别是什么？
请求一个万维网文档需要的时间是2RTT+文档传输时间。因为要和服务器建立TCP连接需要3次握手，在第三次握手的时候捎带了发送请求相关的数据，然后HTTP服务器响应报文总共是四次交互，也就是2RTT时间。再加上一些其他的开销，万维网服务器要服务大量的客户，所以每次浏览都需要建立连接，HTTP/1.0中这种非持续连接（短链接）服务器负担很重。HTTP/1.1使用了持续连接（长链接），服务器在发送响应后仍然保持这条连接
持续链接还分为流水线方式和非流水线方式。非流水线方式规定客户发送浏览请求得到响应后才能发送下一个。流水线方式客户不用等到响应就可以发送下一个请求，服务器收到请求后就可以连续响应，不用等待，节省了时间。
HTTP 1.1的持续连接，也需要增加新的请求头来帮助实现。
例如，Connection请求头的值为Keep-Alive时，客户端通知服务器返回本次请求结果后保持连接；Connection请求头的值为close时，客户端通知服务器返回本次请求结果后关闭连接。
HTTP 1.1还提供了与身份认证、状态管理和Cache缓存等机制相关的请求头和响应头。
HTTP1.1版本新特性
a、默认持久连接节省通信量，只要客户端服务端任意一端没有明确提出断开TCP连接，就一直保持连接，可以发送多次HTTP请求
b、管线化，客户端可以同时发出多个HTTP请求，而不用一个个等待响应。这个就是HTTP复用，一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP连接进行处理。
c、断点续传原理，实际上就是利用HTTP消息头使用分块传输编码，将实体主体分块传输。
1.5 HTTP优化方案
- TCP复用：TCP连接复用是将多个客户端的HTTP请求复用到一个服务器端TCP连接上，而HTTP复用则是一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP连接进行处理。前者是负载均衡设备的独特功能；而后者是HTTP 1.1协议所支持的新功能，目前被大多数浏览器所支持。
- 内容缓存：将经常用到的内容进行缓存起来，那么客户端就可以直接在内存中获取相应的数据了。
- 压缩：将文本数据进行压缩，减少带宽
- SSL加速（SSL Acceleration）：使用SSL协议对HTTP协议进行加密，在通道内加密并加速
- TCP缓冲：通过采用TCP缓冲技术，可以提高服务器端响应时间和处理效率，减少由于通信链路问题给服务器造成的连接负担。
二、Https的基本概念
2.1 Http协议简介
Https：是以安全为目标的Http通道，是Http的安全版。Https的安全基础是SSL。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。
HTTPS依旧是基于TCP的可靠连接
HTTPS可以使用任何可靠的stream transport，即流传输协议。通常是TCP，也可以是SCTP。大多数SSL的实现将其通过SSL套接字暴露，因此基于TCP。
2.2 Https设计目标
(1)数据保密性：保证数据内容在传输的过程中不会被第三方查看。就像快递员传递包裹一样，都进行了封装，别人无法获知里面装了什么。
(2)数据完整性：及时发现被第三方篡改的传输内容。就像快递员虽然不知道包裹里装了什么东西，但他有可能中途掉包，数据完整性就是指如果被掉包，我们能轻松发现并拒收。
(3)身份校验安全性：保证数据到达用户期望的目的地。就像我们邮寄包裹时，虽然是一个封装好的未掉包的包裹，但必须确定这个包裹不会送错地方，通过身份校验来确保送对了地方。
2.3 Https原理
① 客户端将它所支持的算法列表和一个用作产生密钥的随机数发送给服务器；
② 服务器从算法列表中选择一种加密算法，并将它和一份包含服务器公用密钥的证书发送给客户端；该证书还包含了用于认证目的的服务器标识，服务器同时还提供了一个用作产生密钥的随机数；
③ 客户端对服务器的证书进行验证（有关验证证书，可以参考数字签名），并抽取服务器的公用密钥；然后，再产生一个称作 pre_master_secret 的随机密码串，并使用服务器的公用密钥对其进行加密（参考非对称加 / 解密），并将加密后的信息发送给服务器；
④ 客户端与服务器端根据 pre_master_secret 以及客户端与服务器的随机数值独立计算出加密和 MAC密钥（参考 DH密钥交换算法） ；
⑤ 客户端将所有握手消息的 MAC 值发送给服务器；
⑥ 服务器将所有握手消息的 MAC 值发送给客户端。
这个具体可以看后面的详解HTTPS连接过程的章节。
三、Http与Https的区别
1、https协议需要到CA （Certificate Authority，证书颁发机构）申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。
2、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。
3、http和https使用的是完全不同的连接方式（虽然连接方式不同但都是基于TCP运输层的，只不过https通过ssl协议间接基于运输层之上，而http是直接基于TCP之上），用的端口也不一样，前者是80，后者是443。HTTPS基于HTTP使用 SSL/TLS加密。但是http和https都是基于TCP/IP的。
4、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。(无状态的意思是其数据包的发送、传输和接收都是相互独立的，对历史的连接信息不会有记忆功能。无连接的意思是指通信双方都不长久的维持对方的任何信息，在通信前不会先建立好连接)
什么是Http协议无状态协议?怎么解决Http协议无状态协议?
- 无状态协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息
- 也就是说，当客户端一次HTTP请求完成以后，客户端再发送一次HTTP请求，HTTP并不知道当前客户端是一个”老用户“。
- 可以使用Cookie来解决无状态的问题，Cookie就相当于一个通行证，第一次访问的时候给客户端发送一个Cookie，当客户端再次来的时候，拿着Cookie(通行证)，那么服务器就知道这个是”老用户“。
四、Https相对于Http的改进
4.1 双向的身份认证
客户端和服务端在传输数据之前,会通过基于X.509证书对双方进行身份认证 。具体过程如下：
- 客户端发起 SSL 握手消息给服务端要求连接。
- 服务端将证书发送给客户端。
- 客户端检查服务端证书，确认是否由自己信任的证书签发机构签发。 如果不是，将是否继续通讯的决定权交给用户选择 ( 注意，这里将是一个安全缺陷 )。如果检查无误或者用户选择继续，则客户端认可服务端的身份。
- 服务端要求客户端发送证书，并检查是否通过验证。失败则关闭连接，认证成功则从客户端证书中获得客户端的公钥，一般为1024位或者 2048位。到此，服务器客户端双方的身份认证结束，双方确保身份都是真实可靠的。
4.2 数据传输的机密性
客户端和服务端在开始传输数据之前，会协商传输过程需要使用的加密算法。 客户端发送协商请求给服务端, 其中包含自己支持的非对成加密的密钥交换算法 ( 一般是RSA), 数据签名摘要算法 ( 一般是SHA或者MD5) , 加密传输数据的对称加密算法 ( 一般是DES),以及加密密钥的长度（这个就是通过非对称加密算法来实现密钥的传输，然后真正的数据是通过对称加密算法来传输的）。 服务端接收到消息之后，选中安全性最高的算法，并将选中的算法发送给客户端，完成协商。客户端生成随机的字符串，通过协商好的非对称加密算法，使用服务端的公钥对该字符串进行加密，发送给服务端。 服务端接收到之后，使用自己的私钥解密得到该字符串。在随后的数据传输当中，使用这个字符串作为密钥进行对称加密。
4.3 防止重放攻击
SSL使用序列号来保护通讯方免受报文重放攻击。这个序列号被加密后作为数据包的负载。在整个SSL握手中,都有一个唯一的随机数来标记SSL握手。 这样防止了攻击者嗅探整个登录过程，获取到加密的登录数据之后，不对数据进行解密, 而直接重传登录数据包的攻击手法，通讯方就会发现问题拒接接收。
可以看到，鉴于电子商务等安全上的需求，Https对比Http协议，在安全方面已经取得了极大的增强。总结来说，Https的改进点在于创造性的使用了非对称加密算法，在不安全的网路上，安全的传输了用来进行对称加密的密钥，综合利用了非对称加密的安全性和对称加密的快速性。
五、Https的优点
1、使用Https协议可认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器。
2、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，要比http协议安全，可防止数据在传输过程中不被窃取、修改，确保数据的完整性。
3、Https是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对安全，但它大幅增加了中间人攻击的成本。
六、Https的缺点（对比优点）
1、Https协议握手阶段比较费时，会使页面的加载时间延长近。
2、Https连接缓存不如Http高效，会增加数据开销，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响。
3、Https协议的安全是有范围的，在黑客攻击、拒绝服务攻击和服务器劫持等方面几乎起不到什么作用。
4、SSL证书通常需要绑定IP，不能在同一IP上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。
5、成本增加。部署 Https后，因为 Https协议的工作要增加额外的计算资源消耗，例如 SSL 协议加密算法和 SSL 交互次数将占用一定的计算资源和服务器成本。
6、Https协议的加密范围也比较有限。最关键的，SSL证书的信用链体系并不安全，特别是在某些国家可以控制CA根证书的情况下，中间人攻击一样可行。
七、Https的连接过程
图片中的过程是按8个步骤分的，但是网上有更详细的步骤，所以我把详细的过程和这个图片配在一起。
①客户端的浏览器向服务器发送请求，并传送客户端SSL 协议的版本号，加密算法的种类，产生的随机数，以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。
②服务器向客户端传送SSL 协议的版本号，加密算法的种类，随机数以及其他相关信息，同时服务器还将向客户端传送自己的证书（为了解决公钥被中间人非法截获时，同时将公钥替换成中间人自己的公钥发送给客户端，从而得到对称加密的秘钥，进而伪装与客户端通信。添加了证书之后客户端就可以验证证书的真实性进而避免公钥被非法获取修改）。
③客户端利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性，服务器的合法性包括：证书是否过期，发行服务器证书的CA 是否可靠，发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”，服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。如果合法性验证没有通过，通讯将断开；如果合法性验证通过，将继续进行第四步。
④用户端随机产生一个用于通讯的“对称密码”，然后用服务器的公钥（服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得）对其加密，生成预主密码，然后将加密后的“预主密码”传给服务器（我们使用服务器的公钥就是了用非对称加密算法将对称加密算法的密钥“预主密码”进行加密然后传到服务器中，服务器再通过自己的私钥解密就获得了对称加密算法的密钥“预主密码”，当然预主密码也需要一些处理才会变成真正的对称加密密钥。在完成之后，就可以进行数据的对称加密传输了，通过非对称加密也保证了“预主密码”在传输过程中的安全性）。
⑤如果服务器要求客户的身份认证（在握手过程中为可选），用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名，将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的“预主密码”一起传给服务器。
⑥如果服务器要求客户的身份认证，服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性，具体的合法性验证过程包括：客户的证书使用日期是否有效，为客户提供证书的CA 是否可靠，发行CA 的公钥能否正确解开客户证书的发行CA 的数字签名，检查客户的证书是否在证书废止列表（CRL）中。检验如果没有通过，通讯立刻中断；如果验证通过，服务器将用自己的私钥解开加密的“预主密码”，然后执行一系列步骤通过“预主密码”来产生主通讯密码（客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码，也就是说客户端和服务端的主通讯密码是一致的）。
⑦服务器和客户端用相同的主密码即“主通讯密码”，一个对称密钥用于SSL 协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在SSL 通讯过程中还要完成数据通讯的完整性，防止数据通讯中的任何变化。
⑧客户端向服务器端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知服务器客户端的握手过程结束。
⑨服务器向客户端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知客户端服务器端的握手过程结束。
⑩SSL 的握手部分结束，SSL 安全通道的数据通讯开始，客户和服务器开始使用相同的对称密钥进行数据通讯，同时进行通讯完整性的检验。
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参考链接：https://blog.csdn.net/qq_38289815/article/details/80969419