8.3 HTTP和HTTPS的区别

1. HTTP和HTTPS的基本概念

HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是因特网上应用最为广泛的一种网络传输协议，所有的WWW文件都必须遵守这个标准。

HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据（HTML 文件, 图片文件, 查询结果等）。

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。

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 。

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，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。

2. 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，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。)

3. HTTPS相对于HTTP的改进

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：

  1. 客户端发起 SSL 握手消息给服务端要求连接。

  2. 服务端将证书发送给客户端。

  3. 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。

  4. 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。

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。 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。

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。

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非对称加密的密钥，综合利用了非对称加密的安全性和对称加密的快速性。

4. 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。

5. 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。

6. HTTPS的连接过程

  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。

  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，然后将加密后的“预主密码”传给服务器。

  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）。

  7. 服务器和客户端用相同的主密码即“通话密码”，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。

  10. SSL 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。

7. SSL提供的服务

  1. 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. 加密数据以防止数据中途被窃取

  3. 维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变

8. SSL工作流程

服务器认证阶段

  1. 客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接

  2. 服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息

  3. 客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器

  4. 服务器回复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。

用户认证阶段：

在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。

SSL协议提供的安全通道有以下三个特性：

机密性：SSL协议使用密钥加密通信数据。

可靠性：服务器和客户都会被认证，客户的认证是可选的。

完整性：SSL协议会对传送的数据进行完整性检查。

服务器证书(server certificates)是SSL数字证书的一种形式，意指通过提交数字证书来证明您的身份或表明您有权访问在线服务。再者简单来说，通过使用服务器证书可为不同站点提供身份鉴定并保证该站点拥有高强度加密安全。是组成Web服务器的SSL安全功能的唯一的数字标识。通过相互信任的第三方组织获得，并为用户 提供验证您Web站点身份的手段。服务器证书包含详细的身份验证信息，如服务器内容附属的组织、颁发证书的组织以及称为公开密钥的唯一的身份验证文件。