【51CTO.com原創(chuàng)稿件】前言

在 HTTP 協(xié)議中有可能存在信息竊聽或身份偽裝等安全問題。使用 HTTPS 通信機(jī)制可以有效地防止這些問題。本文我們就了解一下 HTTPS。

一、什么是 HTTPS

HTTPS，是以安全為目標(biāo)的 HTTP 通道，簡單講是 HTTP 的安全版。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。 現(xiàn)在它被廣泛用于萬維網(wǎng)上安全敏感的通訊，例如交易支付方面。經(jīng)常會在 Web 的登錄頁面和購物結(jié)算界面等使用 HTTPS 通信。使用 HTTPS 通信時，不再用http://，而是改用https://。另外，當(dāng)瀏覽器訪問 HTTPS 通信有效的 Web 網(wǎng)站時，瀏覽器的地址欄內(nèi)會出現(xiàn)一個帶鎖的標(biāo)記。對 HTTPS 的顯示方式會因瀏覽器的不同而有所改變。

二、HTTP 與 HTTPS 的區(qū)別

• HTTP 是明文傳輸，HTTPS 通過 SSL\TLS 進(jìn)行了加密

• HTTP 的端口號是 80，HTTPS 是 443

• HTTPS 需要到 CA 申請證書，一般免費(fèi)證書很少，需要交費(fèi)

• HTTPS 的連接很簡單，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。

為什么說 HTTPS 比較安全了，接下我們介紹下 HTTP 存在哪些問題？

三、HTTP 通信有什么問題?

1.通信使用明文(不加密)，內(nèi)容可能被竊聽

由于 HTTP 本身不具備加密的功能，所以也無法做到對通信整體(使用 HTTP 協(xié)議通信的請求和響應(yīng)的內(nèi)容)進(jìn)行加密。即，HTTP 報文使用明文(指未經(jīng)過加密的報文)方式發(fā)送。

此外互聯(lián)網(wǎng)是由聯(lián)通世界各個地方的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成,所有發(fā)送和接收經(jīng)過某些設(shè)備的數(shù)據(jù)都可能被截獲或窺視。例如大家都熟悉的抓包工具:Wireshark,它可以獲取 HTTP 協(xié)議的請求和響應(yīng)的內(nèi)容，并對其進(jìn)行解析。即使經(jīng)過加密處理，就有可能讓人無法破解報文信息的含義，但加密處理后的報文信息本身還是會被看到的。

2.不驗證通信方的身份，因此有可能遭遇偽裝

HTTP 協(xié)議中的請求和響應(yīng)不會對通信方進(jìn)行確認(rèn)。在 HTTP 協(xié)議通信時，由于不存在確認(rèn)通信方的處理步驟，任何人都可以發(fā)起請求。另外，服務(wù)器只要接收到請求，不管對方是誰都會返回一個響應(yīng)(但也僅限于發(fā)送端的 IP 地址和端口號沒有被 Web 服務(wù)器設(shè)定限制訪問的前提下)

HTTP 協(xié)議的實現(xiàn)本身非常簡單，不論是誰發(fā)送過來的請求都會返回響應(yīng)，因此不確認(rèn)通信方，會存在以下各種隱患。比如目標(biāo)的 Web 服務(wù)器有可能是已偽裝的 Web 服務(wù)器。

3.無法證明報文的完整性，所以可能遭篡改

所謂完整性是指信息的準(zhǔn)確度。若無法證明其完整性，通常也就意味著無法判斷信息是否準(zhǔn)確。由于 HTTP 協(xié)議無法證明通信的報文完整性，因此，在請求或響應(yīng)送出之后直到對方接收之前的這段時間內(nèi)，即使請求或響應(yīng)的內(nèi)容遭到篡改，也沒有辦法獲悉。

換句話說，沒有任何辦法確認(rèn)，發(fā)出的請求/響應(yīng)和接收到的請求/響應(yīng)是前后相同的。

四、HTTPS 如何解決上述三個問題?

HTTPS 并非是應(yīng)用層的一種新協(xié)議。只是 HTTP 通信接口部分用 SSL(Secure Socket Layer)和 TLS(Transport Layer Security)協(xié)議代替而已。

通常，HTTP 直接和 TCP 通信。當(dāng)使用 SSL 時，則演變成先和 SSL 通信，再由 SSL 和 TCP 通信了。簡言之，所謂 HTTPS，其實就是身披 SSL 協(xié)議這層外殼的 HTTP。

在采用 SSL 后，HTTP 就擁有了 HTTPS 的加密、證書和完整性保護(hù)這些功能。也就是說HTTP 加上加密處理和認(rèn)證以及完整性保護(hù)后即是 HTTPS。

HTTPS 協(xié)議的主要功能基本都依賴于 TLS/SSL 協(xié)議，TLS/SSL 的功能實現(xiàn)主要依賴于三類基本算法：散列函數(shù) 、對稱加密和非對稱加密，其利用非對稱加密實現(xiàn)身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商，對稱加密算法采用協(xié)商的密鑰對數(shù)據(jù)加密，基于散列函數(shù)驗證信息的完整性。

(一)解決內(nèi)容可能被竊聽的問題——加密

1.對稱加密

這種方式加密和解密同用一個密鑰。加密和解密都會用到密鑰。沒有密鑰就無法對密碼解密，反過來說，任何人只要持有密鑰就能解密了。

以對稱加密方式加密時必須將密鑰也發(fā)給對方?？删烤乖鯓硬拍馨踩剞D(zhuǎn)交?在互聯(lián)網(wǎng)上轉(zhuǎn)發(fā)密鑰時，如果通信被監(jiān)聽那么密鑰就可會落人攻擊者之手，同時也就失去了加密的意義。另外還得設(shè)法安全地保管接收到的密鑰。

2.非對稱加密

公開密鑰加密使用一對非對稱的密鑰。一把叫做私有密鑰，另一把叫做公開密鑰。顧名思義，私有密鑰不能讓其他任何人知道，而公開密鑰則可以隨意發(fā)布，任何人都可以獲得。使用公開密鑰加密方式，發(fā)送密文的一方使用對方的公開密鑰進(jìn)行加密處理，對方收到被加密的信息后，再使用自己的私有密鑰進(jìn)行解密。利用這種方式，不需要發(fā)送用來解密的私有密鑰，也不必?fù)?dān)心密鑰被攻擊者竊聽而盜走。

非對稱加密的特點是信息傳輸一對多，服務(wù)器只需要維持一個私鑰就能夠和多個客戶端進(jìn)行加密通信，但服務(wù)器發(fā)出的信息能夠被所有的客戶端解密，且該算法的計算復(fù)雜，加密速度慢。

3.對稱加密+非對稱加密

盡管非對稱加密設(shè)計奇妙,但它加解密的效率比對稱加密要慢多了。那我們就將對稱加密與非對稱加密結(jié)合起來,充分利用兩者各自的優(yōu)勢，將多種方法組合起來用于通信。在交換密鑰環(huán)節(jié)使用非對稱加密方式，之后的建立通信交換報文階段則使用對稱加密方式。具體做法是：發(fā)送密文的一方使用對方的公鑰進(jìn)行加密處理“對稱的密鑰”，然后對方用自己的私鑰解密拿到“對稱的密鑰”，這樣可以確保交換的密鑰是安全的前提下，使用對稱加密方式進(jìn)行通信。所以，HTTPS 采用對稱加密和非對稱加密兩者并用的混合加密機(jī)制。

(二)解決報文可能遭篡改問題——數(shù)字簽名

網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中需要經(jīng)過很多中間節(jié)點，雖然數(shù)據(jù)無法被解密，但可能被篡改，那如何校驗數(shù)據(jù)的完整性呢?----校驗數(shù)字簽名。

數(shù)字簽名有兩種功效：

• 能確定消息確實是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來的，因為別人假冒不了發(fā)送方的簽名。
• 數(shù)字簽名能確定消息的完整性,證明數(shù)據(jù)是否未被篡改過。

校驗數(shù)字簽名流程見下圖：

數(shù)字簽名技術(shù)就是對“非對稱密鑰加解密”和“數(shù)字摘要“兩項技術(shù)的應(yīng)用，它將摘要信息用發(fā)送者的私鑰加密，與原文一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送者的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然后用 HASH 函數(shù)對收到的原文產(chǎn)生一個摘要信息，與解密的摘要信息對比。如果相同，則說明收到的信息是完整的，在傳輸過程中沒有被修改，否則說明信息被修改過，因此數(shù)字簽名能夠驗證信息的完整性。

(三)解決通信方身份可能被偽裝的問題——認(rèn)證

非對稱加密方式還是存在一些問題的。那就是無法證明公開密鑰本身就是貨真價實的公開密鑰。比如，正準(zhǔn)備和某臺服務(wù)器建立公開密鑰加密方式下的通信時，如何證明收到的公開密鑰就是原本預(yù)想的那臺服務(wù)器發(fā)行的公開密鑰。

為了解決上述問題，可以使用由數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)(CA，Certificate Authority)和其相關(guān)機(jī)關(guān)頒發(fā)的公開密鑰證書。

數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)處于客戶端與服務(wù)器雙方都可信賴的第三方機(jī)構(gòu)的立場上。我們來介紹一下數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)流程。首先，服務(wù)器的運(yùn)營人員向數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)提出公開密鑰的申請。數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)在判明提出申請者的身份之后，會對已申請的公開密鑰做數(shù)字簽名，然后分配這個已簽名的公開密鑰，并將該公開密鑰放入公鑰證書后綁定在一起。

服務(wù)器會將這份由數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)的公鑰證書發(fā)送給客戶端，以進(jìn)行非對稱加密方式通信。公鑰證書也可叫做數(shù)字證書或直接稱為證書。

接到證書的客戶端可使用數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)的公開密鑰，對那張證書上的數(shù)字簽名進(jìn)行驗證，一旦驗證通過，客戶端便可明確兩件事：一，認(rèn)證服務(wù)器的公開密鑰的是真實有效的數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)。二，服務(wù)器的公開密鑰是值得信賴的。

五、為什么不一直使用 HTTPS?

既然 HTTPS 那么安全可靠，那為何所有的 Web 網(wǎng)站不一直使用 HTTPS?

其中一個原因是，因為與純文本通信相比，加密通信會消耗更多的 CPU 及內(nèi)存資源。如果每次通信都加密，會消耗相當(dāng)多的資源，平攤到一臺計算機(jī)上時，能夠處理的請求數(shù)量必定也會隨之減少。

因此，如果是非敏感信息則使用 HTTP 通信，只有在包含個人信息等敏感數(shù)據(jù)時，才利用 HTTPS 加密通信。 特別是每當(dāng)那些訪問量較多的 Web 網(wǎng)站在進(jìn)行加密處理時，它們所承擔(dān)著的負(fù)載不容小覷。

除此之外，想要節(jié)約購買證書的開銷也是原因之一。要進(jìn)行 HTTPS 通信，證書是必不可少的。而使用的證書必須向認(rèn)證機(jī)構(gòu)(CA)購買。

參考文章

• 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 13 - HTTPS 協(xié)議：加密路上無盡頭
• 圖解 HTTP
• 談?wù)?HTTPS
• HTTPS 原理詳解
• 關(guān)于 HTTPS，你需要知道的全部
• 詳解 HTTPS 是如何確保安全性的? 

作者：浪里行舟，慕課網(wǎng)認(rèn)證作者，前端愛好者，立志往全棧工程師發(fā)展，從事前端一年多，目前技術(shù)棧有vue全家桶、ES6以及l(fā)ess等，樂于分享，最近一年寫了五六十篇原創(chuàng)技術(shù)文章，得到諸多好評！

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