HTTP vs HTTPS vs HSTS

╰半夏微凉° 2022-02-12 12:07 232阅读 0赞

在推动公司的全站 HTTPS + HSTS ，整理用到的知识，供以后查阅只用。

## 1. HTTP 背景知识 ##

### 1.1 HTTP/0.9 ###

单行协议，极其简单。

请求：由单行指令构成，以**唯一**可用方法 GET 开头，其后跟目标资源路径

GET /mypage.html

响应：只包含响应文档本身

<HTML>
    这是一个非常简单的HTML页面
    </HTML>

缺点：

*  只能传输 HTML 文件，无法传输其他类型的文件
 *  无法判断请求执行的结果

### 1.2 HTTP/1.0 ###

构建可扩展性，HTTP/1.0 扩展了以下的内容，使之用途更广泛：

*  发送信息中包含协议版本信息
 *  增加状态码用于代表执行结果的成功或者失败
 *  引入 HTTP 头的概念，对于请求和响应，允许传输元数据，使协议变得更灵活，扩展性更强
 *  在 HTTP 头中增加 **Content-Type** 类型，具备了传输其他类型文档的能力

GET /mypage.html HTTP/1.0
    User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)
    
    200 OK
    Date: Tue, 15 Nov 1994 08:12:31 GMT
    Server: CERN/3.0 libwww/2.17
    Content-Type: text/html
    <HTML> 
    一个包含图片的页面
      <IMG SRC="/myimage.gif">
    </HTML>

缺点：

*  以上新扩展作为一种尝试出现，并未被引入到标准中

### 1.3 HTTP/1.1 ###

标准化的协议，HTTP/1.0 多种不同的实现方式在实际运行中显得十分混乱，HTTP/1.1 统一了标准并引入多项的改进内容：

*  默认长连接机制，节省多次 TCP 连接建立消耗的时间
 *  Pipelie 机制，允许第一个应答被完全发送之前就发送第二个请求
 *  Chunked 编码传输
 *  Header 中引入 host
 *  更详细的 Cache 机制

一次完整的请求流程如下：

GET /en-US/docs/Glossary/Simple_header HTTP/1.1
    Host: developer.mozilla.org
    User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
    Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
    Accept-Language: en-US,en;q=0.5
    Accept-Encoding: gzip, deflate, br
    Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header
    
    200 OK
    Connection: Keep-Alive
    Content-Encoding: gzip
    Content-Type: text/html; charset=utf-8
    Date: Wed, 20 Jul 2016 10:55:30 GMT
    Etag: "547fa7e369ef56031dd3bff2ace9fc0832eb251a"
    Keep-Alive: timeout=5, max=1000
    Last-Modified: Tue, 19 Jul 2016 00:59:33 GMT
    Server: Apache
    Transfer-Encoding: chunked
    Vary: Cookie, Accept-Encoding
    
    (content)

**注意**

*  HTTP 协议已经稳定使用超过 15 年，期间进行过两次修订[RFC 2616][] 发布于1999年6月，而另外两个文档 [RFC 7230][]\-[RFC 7235][] 发布于2014年6月
 *  由于 HTTP 协议明文传输数据，基于安全的考虑，网景公司在 HTTP 的基础上创建了一个额外的加密传输层：SSL。（SSL 1.0 没有在公司以外发布过）

### 1.4 HTTP2 ###

为了更优异的表现，谷歌实践了一个实验性的协议 SPDY 协议旨在解决 HTTP/1.x 中存在的诸如连接复用、头部冗余等问题。SPDY 协议位于 HTTP 和 SSL 之间，属于应用层协议，主要特性如下：

*  多路复用
 *  请求优先级
 *  header 压缩
 *  服务端推送

SPDY 协议成为了 HTTP/2 协议的基础，可以看到 HTTP2 协议的很多特性跟 SPDY 协议提供的是有主体是重合的，但仍有少许差异点：

*  HTTP/2 可以在 TCP 上直接使用，不像 SPDY 那样必须在 TLS 上
 *  添加了新的头部压缩算法 [HPACK][]
 *  添加了控制帧的种类
 *  完善协议商讨和 Server Push 的流程

## 2. HTTPS 出现的原因 ##

### 2.1 原因 ###

一种新技术的出现必然是因为当前技术无法满足当时社会的要求。从安全性的角度对比下 HTTP 和 HTTPS 协议：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>安全性</th> 
   <th>HTTP</th> 
   <th>HTTPS</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>窃听风险</td> 
   <td>信息明文传递，可被拦截窃听</td> 
   <td>信息加密传输</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>篡改风险</td> 
   <td>被拦截下的信息可被篡改</td> 
   <td>信息校验，接收方可通过校验机制发现篡改行为</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>伪装风险</td> 
   <td>无法验证对端的真实性</td> 
   <td>身份校验</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**注意**：

*  由于对数据进行加解密，决定了它天生比 HTTP 慢

### 2.2 HTTPS 协议组成 ###

HTTPS 是在 HTTP 上建立 SSL/TLS 加密层，并对传输数据进行加密。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BoYW50b21fMTEx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

SSL/TLS 协议的基本过程是：

1.  客户端向服务端索要并验证公钥
2.  双方协商生产「对话密钥」
3.  双方使用对话密钥通信

步骤1、2 为「握手阶段」，完成的详细过程见下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BoYW50b21fMTEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**注** 「握手阶段」所有的通信都是明文的

1.  （ClientHello）客户端向服务端提供以下信息：
    
     *  支持的协议版本
     *  客户端生成的随机数，稍后用于生成「对话密钥」
     *  支持的加密方法
     *  支持的压缩方法
2.  （ServerHello）服务端回应：
    
     *  确认使用的加密通信协议版本
     *  服务端生成的随机数，稍后用于生成「对话密钥」
     *  确定使用的加密方法
     *  服务器证书
3.  客户端回应
    
     *  一个随机数。用于服务器公钥加密，防止被窃听
     *  编码改变通知，表示随后的信息都将用双方协商好的加密方法和密钥发送
     *  客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束
4.  服务器最后回应
    
     *  编码改变通知，表示随后的信息都将用双方协商好的加密方法和密钥发送
     *  服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。

以上是从理论的层面上大致了解了下 SSL/TLS 做了什么，后面文章会从实际使用中抓包分析真实过程。

## 3. HSTS 解决了什么问题 ##

### 3.1 概念 ###

HSTS HTTP 严格传输安全，网站可以选择使用 HSTS 策略，来让浏览器强制使用 HTTPS 与网站进行通信，以减少回话被劫持的风险。

### 3.2 作用 ###

抵御 SSL 剥离攻击， SSL剥离的实施方法是阻止浏览器与服务器创建HTTPS连接。它的前提是用户很少直接在地址栏输入`https://`，用户总是通过点击链接或[3xx重定向][3xx]，从HTTP页面进入HTTPS页面。所以攻击者可以在用户访问HTTP页面时替换所有`https://`开头的链接为`http://`，达到阻止HTTPS的目的。

**HSTS** 可以很大程度上解决 SSL 剥离攻击，因为只要浏览器与服务器创建过一次安全连接，之后浏览器会强制使用 HTTPS。

## 4. 待扩展知识点 ##

*  长连接 & Pipelie 机制
 *  SPDY 协议
 *  SSL & TLS 协议实现
 *  HSTS demo

## 5.参考资料 ##

*  [HTTP 的发展][HTTP]
 *  [HTTPS 系列干货（一）][HTTPS]
 *  [SSL/TLS 协议运行机制概述][SSL_TLS]
 *  [HTTP 严格传输安全][HTTP 1]

[RFC 2616]: https://tools.ietf.org/html/rfc2616
[RFC 7230]: https://tools.ietf.org/html/rfc7230
[RFC 7235]: https://tools.ietf.org/html/rfc7235
[HPACK]: https://http2.github.io/http2-spec/compression.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3BoYW50b21fMTEx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220212/6b1509408c4d4021891822584992fca8.png
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[3xx]: https://zh.wikipedia.org/wiki/3xx%E9%87%8D%E5%AE%9A%E5%90%91
[HTTP]: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Basics_of_HTTP/Evolution_of_HTTP
[HTTPS]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/27395037
[SSL_TLS]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html
[HTTP 1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/HTTP%E4%B8%A5%E6%A0%BC%E4%BC%A0%E8%BE%93%E5%AE%89%E5%85%A8