HTTP和HTTPS理解

HTTP

HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)超文本传输协议。它是从WEB服务器传输超文本标记语言(HTML)到本地浏览器的传送协议。

HTTP特点

• 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。
• 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。传输的类型由Content-Type加以标记。
• 无连接：限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完请求，并收到客户的应答后，即断开连接，但是却不利于客户端与服务器保持会话连接，为了弥补这种不足，产生了两项记录http状态的技术，一个叫做Cookie,一个叫做Session。
• 无状态：无状态是指协议对于事务处理没有记忆，后续处理需要前面的信息，则必须重传。

HTTP缺点

HTTP协议不适合传输一些敏感信息，比如：各种账号、密码等信息，使用http协议传输隐私信息非常不安全。

• 请求信息明文传输，容易被窃听截取。
• 数据的完整性未校验，容易被篡改
• 没有验证对方身份，存在冒充危险

HTTPS

为了解决上述HTTP存在的问题，就用到了HTTPS。

HTTPS 协议（HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer）：一般理解为HTTP+SSL/TLS，通过 SSL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进行加密。
HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

客户端在使用HTTPS方式与服务器通信时的步骤

（1）客户使用https的URL访问Web服务器，要求与Web服务器建立SSL连接。

（2）Web服务器收到客户端请求后，会将网站的CA证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。密钥 私钥 数字签名 CA证书 详见该博客

（3）客户端的浏览器与Web服务器开始协商SSL/TLS连接的安全等级，也就是信息加密的等级。

（4）客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。

（5）Web服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。

（6）Web服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。
　

尽管HTTPS并非绝对安全，掌握根证书的机构、掌握加密算法的组织同样可以进行中间人形式的攻击，但HTTPS仍是现行架构下最安全的解决方案，但他大幅增加了中间人攻击的成本

SSL/TLS

SSL：（Secure Socket Layer，安全套接字层），位于可靠的面向连接的网络层协议和应用层协议之间的一种协议层。SSL通过互相认证、使用数字签名确保完整性、使用加密确保私密性，以实现客户端和服务器之间的安全通讯。该协议由两层组成：SSL记录协议和SSL握手协议。

TLS：(Transport Layer Security，传输层安全协议)，用于两个应用程序之间提供保密性和数据完整性。该协议由两层组成：TLS记录协议和TLS握手协议。

SSL/TLS协议的基本过程

（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）

"握手阶段"详解

1 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。

2 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，此时带有公钥信息。
（4） 服务器证书。

3 客户端回应

（1） 一个随机数pre-master key。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。

上面客户端回应中第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。

那么为什么一定要用三个随机数，来生成"会话密钥"呢？

不管是客户端还是服务器，都需要随机数，这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的，因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。

对于RSA密钥交换算法来说，pre-master-key本身就是一个随机数，再加上hello消息中的随机数，三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。

pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数，如果随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了，因此必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能完全不随机，可是是三个伪随机就十分接近随机了，每增加一个自由度，随机性增加的可不是一。

此外，如果前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。

4 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。（客户端在第三阶段也生成这个“会话秘钥”）。然后，向客户端最后发送下面信息。
（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的缺点

• HTTPS协议多次握手，导致页面的加载时间延长近50%；
• HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗；
• 申请SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高。
• SSL涉及到的安全算法会消耗 CPU 资源，对服务器资源消耗较大。

HTTPS涉及的计算环节

1、非对称密钥交换。比如RSA, Diffie-Hellman, ECDHE.这类算法的主要作用就是根据客户端和服务端不对称的信息，经过高强度的密钥生成算法，生成对称密钥，用于加解密后续应用消息。

2、对称加解密。服务端使用密钥A对响应内容进行加密，客户端使用相同的密钥A对加密内容进行解密，反之亦然。

3、消息一致性验证。每一段加密的内容都会附加一个MAC消息，即消息认证码。简单地说就是对内容进行的安全哈希计算，接收方需要校验MAC码。

4、证书签名校验。这个阶段主要发生在客户端校验服务端证书身份时，需要对证书签名进行校验，确保证书的真实性。

优化HTTPS速度

1、HSTS重定向技术

HSTS（HTTP Strict Transport Security）技术，启用HSTS后，将保证浏览器始终连接到网站的 HTTPS 加密版本。

1. 用户在浏览器里输入 HTTP 协议进行访问时，浏览器会自动将 HTTP 转换为 HTTPS 进行访问，确保用户访问安全；

2. 省去301跳转的出现，缩短访问时间；

3. 能阻止基于 SSL Strip 的中间人攻击，万一证书有错误，则显示错误，用户不能回避警告，从而能够更加有效安全的保障用户的访问。

2、TLS握手优化

在传输应用数据之前，客户端必须与服务端协商密钥、加密算法等信息，服务端还要把自己的证书发给客户端表明其身份，这些环节构成 TLS 握手过程。

采用 False Start （抢先开始）技术，浏览器在与服务器完成 TLS 握手前，就开始发送请求数据，服务器在收到这些数据后，完成 TLS 握手的同时，开始发送响应数据。

开启 False Start 功能后，数据传输时间将进一步缩短。

3、Session Identifier（会话标识符）复用

如果用户的一个业务请求包含了多条的加密流，客户端与服务器将会反复握手，必定会导致更多的时间损耗。或者某些特殊情况导致了对话突然中断，双方就需要重新握手，增加了用户访问时间。

（1）服务器为每一次的会话都生成并记录一个 ID 号，然后发送给客户端；

（2）如果客户端发起重新连接，则只要向服务器发送该 ID 号；

（3）服务器收到客户端发来的 ID 号，然后查找自己的会话记录，匹配 ID 之后，双方就可以重新使用之前的对称加密秘钥进行数据加密传输，而不必重新生成，减少交互时间。

4、开启OCSP Stapling，提高TLS握手效率

采用OCSP（Online Certificate Status Protocol） Stapling ，提升 HTTPS 性能。服务端主动获取 OCSP 查询结果并随着证书一起发送给客户端，从而客户端可直接通过 Web Server 验证证书，提高 TLS 握手效率。

服务器模拟浏览器向 CA 发起请求，并将带有 CA 机构签名的 OCSP 响应保存到本地，然后在与客户端握手阶段，将 OCSP 响应下发给浏览器，省去浏览器的在线验证过程。由于浏览器不需要直接向 CA 站点查询证书状态，这个功能对访问速度的提升非常明显。

5、完全前向加密PFS，保护用户数据，预防私钥泄漏

非对称加密算法 RSA，包含了公钥、私钥，其中私钥是保密不对外公开的，由于此算法既可以用于加密也可以用于签名，所以用途甚广，但是还是会遇到一些问题：

（1） 假如我是一名黑客，虽然现在我不知道私钥，但是我可以先把客户端与服务器之前的传输数据（已加密）全部保存下来

（2）如果某一天，服务器维护人员不小心把私钥泄露了，或者服务器被我攻破获取到了私钥

（3）那我就可以利用这个私钥，破解掉之前已被我保存的数据，从中获取有用的信息

所以为了防止上述现象发生，我们必须保护好自己的私钥。

如果私钥确实被泄漏了，那我们改如何补救呢？那就需要PFS（perfect forward secrecy）完全前向保密功能，此功能用于客户端与服务器交换对称密钥，起到前向保密的作用，也即就算私钥被泄漏，黑客也无法破解先前已加密的数据。维基解释是：长期使用的主密钥泄漏不会导致过去的会话密钥泄漏

实现此功能需要服务器支持以下算法和签名组合：

（1）ECDHE 密钥交换、RSA 签名；

（2）ECDHE 密钥交换、ECDSA 签名；

面试常见问题，HTTPS优化总结易记版：

1、HSTS重定向技术：将http自动转换为https，减少301重定向

2、TLS握手优化：在TLS握手完成前客户端就提前向服务器发送数据

3、会话标识符：服务器记录下与某客户端的会话ID，下次连接客户端发ID过来就可以直接用之前的私钥交流了

4、OSCP Stapling：服务器将带有 CA 机构签名的 OCSP 响应在握手时发给客户端，省的客户端再去CA查询

5、完全前向加密PFS：使用更牛逼复杂的秘钥算法

HTTP和HTTPS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。(原来网易官网是http，而网易邮箱是https。)

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，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

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。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。)

参考 这篇写的很好！
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