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菜鳥教程——http和Https、SSL

發(fā)表日期：2017-07 文章編輯：小燈瀏覽次數(shù)：13642

HTTP：是互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是一個(gè)客戶端和服務(wù)器端請求和應(yīng)答的標(biāo)準(zhǔn)（TCP），用于從WWW服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協(xié)議，它可以使瀏覽器更加高效，使網(wǎng)絡(luò)傳輸減少。

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。

HTTPS協(xié)議的主要作用可以分為兩種：一種是建立一個(gè)信息安全通道，來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涣硪环N就是確認(rèn)網(wǎng)站的真實(shí)性。

二、HTTP與HTTPS有什么區(qū)別？

HTTP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP協(xié)議傳輸隱私信息非常不安全，為了保證這些隱私數(shù)據(jù)能加密傳輸，于是網(wǎng)景公司設(shè)計(jì)了SSL（Secure Sockets Layer）協(xié)議用于對HTTP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而就誕生了HTTPS。簡單來說，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，要比http協(xié)議安全。

HTTPS和HTTP的區(qū)別主要如下：

1、https協(xié)議需要到ca申請證書，一般免費(fèi)證書較少，因而需要一定費(fèi)用。

2、http是超文本傳輸協(xié)議，信息是明文傳輸，https則是具有安全性的ssl加密傳輸協(xié)議。

3、http和https使用的是完全不同的連接方式，用的端口也不一樣，前者是80，后者是443。

4、http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。

三、HTTPS的工作原理

我們都知道HTTPS能夠加密信息，以免敏感信息被第三方獲取，所以很多銀行網(wǎng)站或電子郵箱等等安全級(jí)別較高的服務(wù)都會(huì)采用HTTPS協(xié)議。

客戶端在使用HTTPS方式與Web服務(wù)器通信時(shí)有以下幾個(gè)步驟，如圖所示。

（1）客戶使用https的URL訪問Web服務(wù)器，要求與Web服務(wù)器建立SSL連接。

（2）Web服務(wù)器收到客戶端請求后，會(huì)將網(wǎng)站的證書信息（證書中包含公鑰）傳送一份給客戶端。

（3）客戶端的瀏覽器與Web服務(wù)器開始協(xié)商SSL連接的安全等級(jí)，也就是信息加密的等級(jí)。

（4）客戶端的瀏覽器根據(jù)雙方同意的安全等級(jí)，建立會(huì)話密鑰，然后利用網(wǎng)站的公鑰將會(huì)話密鑰加密，并傳送給網(wǎng)站。

（5）Web服務(wù)器利用自己的私鑰解密出會(huì)話密鑰。

（6）Web服務(wù)器利用會(huì)話密鑰加密與客戶端之間的通信。

四、HTTPS的優(yōu)點(diǎn)

盡管HTTPS并非絕對安全，掌握根證書的機(jī)構(gòu)、掌握加密算法的組織同樣可以進(jìn)行中間人形式的攻擊，但HTTPS仍是現(xiàn)行架構(gòu)下最安全的解決方案，主要有以下幾個(gè)好處：

（1）使用HTTPS協(xié)議可認(rèn)證用戶和服務(wù)器，確保數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的客戶機(jī)和服務(wù)器；

（2）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，要比http協(xié)議安全，可防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被竊取、改變，確保數(shù)據(jù)的完整性。

（3）HTTPS是現(xiàn)行架構(gòu)下最安全的解決方案，雖然不是絕對安全，但它大幅增加了中間人攻擊的成本。

（4）谷歌曾在2014年8月份調(diào)整搜索引擎算法，并稱“比起同等HTTP網(wǎng)站，采用HTTPS加密的網(wǎng)站在搜索結(jié)果中的排名將會(huì)更高”。

五、HTTPS的缺點(diǎn)

雖然說HTTPS有很大的優(yōu)勢，但其相對來說，還是存在不足之處的：

（1）HTTPS協(xié)議握手階段比較費(fèi)時(shí)，會(huì)使頁面的加載時(shí)間延長近50%，增加10%到20%的耗電；

（2）HTTPS連接緩存不如HTTP高效，會(huì)增加數(shù)據(jù)開銷和功耗，甚至已有的安全措施也會(huì)因此而受到影響；

（3）SSL證書需要錢，功能越強(qiáng)大的證書費(fèi)用越高，個(gè)人網(wǎng)站、小網(wǎng)站沒有必要一般不會(huì)用。

（4）SSL證書通常需要綁定IP，不能在同一IP上綁定多個(gè)域名，IPv4資源不可能支撐這個(gè)消耗。

（5）HTTPS協(xié)議的加密范圍也比較有限，在黑客攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、服務(wù)器劫持等方面幾乎起不到什么作用。最關(guān)鍵的，SSL證書的信用鏈體系并不安全，特別是在某些國家可以控制CA根證書的情況下，中間人攻擊一樣可行。

六、http切換到HTTPS

如果需要將網(wǎng)站從http切換到https到底該如何實(shí)現(xiàn)呢？

這里需要將頁面中所有的鏈接，例如js，css，圖片等等鏈接都由http改為https。例如：http://www.baidu.com改為https://www.baidu.com

BTW，這里雖然將http切換為了https，還是建議保留http。所以我們在切換的時(shí)候可以做http和https的兼容，具體實(shí)現(xiàn)方式是，去掉頁面鏈接中的http頭部，這樣可以自動(dòng)匹配http頭和https頭。例如：將http://www.baidu.com改為//www.baidu.com。然后當(dāng)用戶從http的入口進(jìn)入訪問頁面時(shí)，頁面就是http，如果用戶是從https的入口進(jìn)入訪問頁面，頁面即使https的。

七、SSL

SSL介紹：

安全套接字（Secure Socket Layer，SSL）協(xié)議是Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間安全交換信息的協(xié)議，提供兩個(gè)基本的安全服務(wù)：鑒別與保密。

SSL是Netscape于1994年開發(fā)的，后來成為了世界上最著名的web安全機(jī)制，所有主要的瀏覽器都支持SSL協(xié)議。

目前有三個(gè)版本：2、3、3.1，最常用的是第3版，是1995年發(fā)布的。

在客戶端與服務(wù)器間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是通過使用對稱算法（如 DES 或 RC4）進(jìn)行加密的。公用密鑰算法（通常為 RSA）是用來獲得加密密鑰交換和數(shù)字簽名的，此算法使用服務(wù)器的SSL數(shù)字證書中的公用密鑰。有了服務(wù)器的SSL數(shù)字證書，客戶端也可以驗(yàn)證服務(wù)器的身份。SSL 協(xié)議的版本 1 和 2 只提供服務(wù)器認(rèn)證。版本 3 添加了客戶端認(rèn)證，此認(rèn)證同時(shí)需要客戶端和服務(wù)器的數(shù)字證書。

SSL協(xié)議的三個(gè)特性

①?保密：在握手協(xié)議中定義了會(huì)話密鑰后，所有的消息都被加密。

②?鑒別：可選的客戶端認(rèn)證，和強(qiáng)制的服務(wù)器端認(rèn)證。

③?完整性：傳送的消息包括消息完整性檢查（使用MAC）。

SSL的位置

SSL介于應(yīng)用層和TCP層之間。應(yīng)用層數(shù)據(jù)不再直接傳遞給傳輸層，而是傳遞給SSL層，SSL層對從應(yīng)用層收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并增加自己的SSL頭。

SSL的工作原理

握手協(xié)議（Handshake protocol）

記錄協(xié)議（Record protocol）

警報(bào)協(xié)議（Alert protocol）

1、握手協(xié)議

握手協(xié)議是客戶機(jī)和服務(wù)器用SSL連接通信時(shí)使用的第一個(gè)子協(xié)議，握手協(xié)議包括客戶機(jī)與服務(wù)器之間的一系列消息。SSL中最復(fù)雜的協(xié)議就是握手協(xié)議。該協(xié)議允許服務(wù)器和客戶機(jī)相互驗(yàn)證，協(xié)商加密和MAC算法以及保密密鑰，用來保護(hù)在SSL記錄中發(fā)送的數(shù)據(jù)。握手協(xié)議是在應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸之前使用的。

每個(gè)握手協(xié)議包含以下3個(gè)字段

（1）Type：表示10種消息類型之一

（2）Length：表示消息長度字節(jié)數(shù)

（3）Content：與消息相關(guān)的參數(shù)

握手協(xié)議的4個(gè)階段

1.1 建立安全能力

SSL握手的第一階段啟動(dòng)邏輯連接，建立這個(gè)連接的安全能力。首先客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)出client hello消息并等待服務(wù)器響應(yīng)，隨后服務(wù)器向客戶機(jī)返回server hello消息，對client hello消息中的信息進(jìn)行確認(rèn)。

Client hello消息包括Version，Random，Session id，Cipher suite，Compression method等信息。

ClientHello 客戶發(fā)送CilentHello信息，包含如下內(nèi)容：

（1）客戶端可以支持的SSL最高版本號(hào)

（2）一個(gè)用于生成主秘密的32字節(jié)的隨機(jī)數(shù)。（等會(huì)介紹主秘密是什么）

（3）一個(gè)確定會(huì)話的會(huì)話ID。

（4）一個(gè)客戶端可以支持的密碼套件列表。

密碼套件格式：每個(gè)套件都以“SSL”開頭，緊跟著的是密鑰交換算法。用“With”這個(gè)詞把密鑰交換算法、加密算法、散列算法分開，例如：SSL_DHE_RSA_WITH_DES_CBC_SHA, 表示把DHE_RSA(帶有RSA數(shù)字簽名的暫時(shí)Diffie-HellMan)定義為密鑰交換算法；把DES_CBC定義為加密算法；把SHA定義為散列算法。

（5）一個(gè)客戶端可以支持的壓縮算法列表。

ServerHello服務(wù)器用ServerHello信息應(yīng)答客戶，包括下列內(nèi)容

（1）一個(gè)SSL版本號(hào)。取客戶端支持的最高版本號(hào)和服務(wù)端支持的最高版本號(hào)中的較低者。

（2）一個(gè)用于生成主秘密的32字節(jié)的隨機(jī)數(shù)。（客戶端一個(gè)、服務(wù)端一個(gè)）

（3）會(huì)話ID

（4）從客戶端的密碼套件列表中選擇的一個(gè)密碼套件

（5）從客戶端的壓縮方法的列表中選擇的壓縮方法

這個(gè)階段之后，客戶端服務(wù)端知道了下列內(nèi)容：

（1）SSL版本

（2）密鑰交換、信息驗(yàn)證和加密算法

（3）壓縮方法

（4）有關(guān)密鑰生成的兩個(gè)隨機(jī)數(shù)。

1.2 服務(wù)器鑒別與密鑰交換

服務(wù)器啟動(dòng)SSL握手第2階段，是本階段所有消息的唯一發(fā)送方，客戶機(jī)是所有消息的唯一接收方。該階段分為4步：

（a）證書：服務(wù)器將數(shù)字證書和到根CA整個(gè)鏈發(fā)給客戶端，使客戶端能用服務(wù)器證書中的服務(wù)器公鑰認(rèn)證服務(wù)器。

（b）服務(wù)器密鑰交換（可選）：這里視密鑰交換算法而定

（c）證書請求：服務(wù)端可能會(huì)要求客戶自身進(jìn)行驗(yàn)證。

（d）服務(wù)器握手完成：第二階段的結(jié)束，第三階段開始的信號(hào)

這里重點(diǎn)介紹一下服務(wù)端的驗(yàn)證和密鑰交換。這個(gè)階段的前面的（a）證書和（b）服務(wù)器密鑰交換是基于密鑰交換方法的。而在SSL中密鑰交換算法有6種：無效（沒有密鑰交換）、RSA、匿名Diffie-Hellman、暫時(shí)Diffie-Hellman、固定Diffie-Hellman、Fortezza。

在階段1過程客戶端與服務(wù)端協(xié)商的過程中已經(jīng)確定使哪種密鑰交換算法。

如果協(xié)商過程中確定使用RSA交換密鑰，那么過程如下圖：

這個(gè)方法中，服務(wù)器在它的第一個(gè)信息中，發(fā)送了RSA加密/解密公鑰證書。不過，因?yàn)轭A(yù)備主秘密是由客戶端在下一個(gè)階段生成并發(fā)送的，所以第二個(gè)信息是空的。注意，公鑰證書會(huì)進(jìn)行從服務(wù)器到客戶端的驗(yàn)證。當(dāng)服務(wù)器收到預(yù)備主秘密時(shí)，它使用私鑰進(jìn)行解密。服務(wù)端擁有私鑰是一個(gè)證據(jù)，可以證明服務(wù)器是一個(gè)它在第一個(gè)信息發(fā)送的公鑰證書中要求的實(shí)體。

其他的幾種密鑰交換算法這里就不介紹了。可以參考Behrouz A.Forouzan著的《密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全》。

1.3 客戶機(jī)鑒別與密鑰交換：

客戶機(jī)啟動(dòng)SSL握手第3階段，是本階段所有消息的唯一發(fā)送方，服務(wù)器是所有消息的唯一接收方。該階段分為3步：

（a）證書（可選）：為了對服務(wù)器證明自身，客戶要發(fā)送一個(gè)證書信息，這是可選的，在IIS中可以配置強(qiáng)制客戶端證書認(rèn)證。

（b）客戶機(jī)密鑰交換（Pre-master-secret）：這里客戶端將預(yù)備主密鑰發(fā)送給服務(wù)端，注意這里會(huì)使用服務(wù)端的公鑰進(jìn)行加密。

（c）證書驗(yàn)證（可選），對預(yù)備秘密和隨機(jī)數(shù)進(jìn)行簽名，證明擁有（a）證書的公鑰。

下面也重點(diǎn)介紹一下RSA方式的客戶端驗(yàn)證和密鑰交換。

這種情況，除非服務(wù)器在階段II明確請求，否則沒有證書信息。客戶端密鑰交換方法包括階段II收到的由RSA公鑰加密的預(yù)備主密鑰。

階段III之后，客戶要有服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證，客戶和服務(wù)器都知道預(yù)備主密鑰。

1.4 完成

客戶機(jī)啟動(dòng)SSL握手第4階段，使服務(wù)器結(jié)束。該階段分為4步，前2個(gè)消息來自客戶機(jī)，后2個(gè)消息來自服務(wù)器。

1.5 密鑰生成的過程

這樣握手協(xié)議完成，下面看下什么是預(yù)備主密鑰，主密鑰是怎么生成的。為了保證信息的完整性和機(jī)密性，SSL需要有六個(gè)加密秘密：四個(gè)密鑰和兩個(gè)IV。為了信息的可信性，客戶端需要一個(gè)密鑰（HMAC），為了加密要有一個(gè)密鑰，為了分組加密要一個(gè)IV，服務(wù)也是如此。SSL需要的密鑰是單向的，不同于那些在其他方向的密鑰。如果在一個(gè)方向上有攻擊，這種攻擊在其他方向是沒影響的。生成過程如下：

2、記錄協(xié)議

記錄協(xié)議在客戶機(jī)和服務(wù)器握手成功后使用，即客戶機(jī)和服務(wù)器鑒別對方和確定安全信息交換使用的算法后，進(jìn)入SSL記錄協(xié)議，記錄協(xié)議向SSL連接提供兩個(gè)服務(wù)：

（1）保密性：使用握手協(xié)議定義的秘密密鑰實(shí)現(xiàn)

（2）完整性：握手協(xié)議定義了MAC，用于保證消息完整性

記錄協(xié)議的過程：

3、警報(bào)協(xié)議

客戶機(jī)和服務(wù)器發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，向?qū)Ψ桨l(fā)送一個(gè)警報(bào)消息。如果是致命錯(cuò)誤，則算法立即關(guān)閉SSL連接，雙方還會(huì)先刪除相關(guān)的會(huì)話號(hào)，秘密和密鑰。每個(gè)警報(bào)消息共2個(gè)字節(jié)，第1個(gè)字節(jié)表示錯(cuò)誤類型，如果是警報(bào)，則值為1，如果是致命錯(cuò)誤，則值為2；第2個(gè)字節(jié)制定實(shí)際錯(cuò)誤類型。

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