為什么HTTPS比HTTP更安全
原創(chuàng)【51CTO.com原創(chuàng)稿件】
前言
近幾年，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)生著翻天覆地的變化，尤其是我們一直習(xí)以為常的HTTP協(xié)議，在逐漸的被HTTPS協(xié)議所取代，在瀏覽器、搜索引擎、CA機(jī)構(gòu)、大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的共同促進(jìn)下，互聯(lián)網(wǎng)迎來了“HTTPS加密時(shí)代”，HTTPS將在未來的幾年內(nèi)全面取代HTTP成為傳輸協(xié)議的主流。
讀完本文，希望你能明白：
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HTTP通信存在什么問題
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HTTPS如何改進(jìn)HTTP存在那些問題
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HTTPS工作原理是什么
一、為什么需要HTTPS
在HTTP協(xié)議中有可能存在信息竊取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，接下來，我們先來了解下HTTP協(xié)議存在的哪些問題：
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(duì)通信整體（使用HTTP協(xié)議通信的請(qǐng)求和響應(yīng)的內(nèi)容）進(jìn)行加密。即HTTP報(bào)文使用明文（指未經(jīng)過加密的報(bào)文）方式發(fā)送。
此外互聯(lián)網(wǎng)是由聯(lián)通世界各個(gè)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(qǐng)求和響應(yīng)的內(nèi)容，并對(duì)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(bào)文信息的含義，但加密處理后的報(bào)文信息本身還是會(huì)被看到的。
2.不驗(yàn)證通信方的身份，因此有可能遭遇偽裝
。在HTTP協(xié)議通信時(shí)，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(qǐng)求。另外，服務(wù)器只要接收到請(qǐng)求，不管對(duì)方是誰都會(huì)返回一個(gè)響應(yīng)（但也僅限于發(fā)送端的IP地址和端口號(hào)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(shí)現(xiàn)本身非常簡(jiǎn)單，不論是誰發(fā)送過來的請(qǐng)求都會(huì)返回響應(yīng)，因此不確認(rèn)通信方，會(huì)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(bào)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(bào)文完整性，因此，在請(qǐng)求或響應(yīng)送出之后直到對(duì)方接收之前的這段時(shí)間內(nèi)，即使請(qǐng)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(qǐng)求/響應(yīng)和接收到的請(qǐng)求/響應(yīng)是前后相同的。
二、什么是 HTTPS
HTTPS是在HTTP上建立SSL加密層，并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，是HTTP協(xié)議的安全版?，F(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。
HTTPS主要作用是：
（1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并建立一個(gè)信息安全通道，來保證傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全；
（2）對(duì)網(wǎng)站服務(wù)器進(jìn)行真實(shí)身份認(rèn)證。
我們經(jīng)常會(huì)在Web的登錄頁面和購(gòu)物結(jié)算界面等使用HTTPS通信。使用HTTPS通信時(shí)，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(shí)，瀏覽器的地址欄內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)帶鎖的標(biāo)記。對(duì)HTTPS的顯示方式會(huì)因?yàn)g覽器的不同而有所改變。
三、HTTPS如何解決HTTP上述三個(gè)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(shí)，則演變成先和SSL通信，再由SSL和TCP通信了。簡(jiǎn)言之，所謂HTTPS，其實(shí)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(shí)現(xiàn)主要依賴于三類基本算法：散列函數(shù) 、對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密，其利用非對(duì)稱加密實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商，對(duì)稱加密算法采用協(xié)商的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)加密，基于散列函數(shù)驗(yàn)證信息的完整性。
（一）解決內(nèi)容可能被竊聽的問題——加密
方法1.對(duì)稱加密
這種方式加密和解密同用一個(gè)密鑰。加密和解密都會(huì)用到密鑰。沒有密鑰就無法對(duì)密碼解密，反過來說，任何人只要持有密鑰就能解密了。
以對(duì)稱加密方式加密時(shí)必須將密鑰也發(fā)給對(duì)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(shí)，如果通信被監(jiān)聽那么密鑰就可會(huì)落人攻擊者之手，同時(shí)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。
方法2.非對(duì)稱加密
公開密鑰加密使用一對(duì)非對(duì)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(duì)方的公開密鑰進(jìn)行加密處理，對(duì)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(duì)稱加密的特點(diǎn)是信息傳輸一對(duì)多，服務(wù)器只需要維持一個(gè)私鑰就能夠和多個(gè)客戶端進(jìn)行加密通信。
這種方式有以下缺點(diǎn)：
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公鑰是公開的，所以針對(duì)私鑰加密的信息，黑客截獲后可以使用公鑰進(jìn)行解密，獲取其中的內(nèi)容；
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公鑰并不包含服務(wù)器的信息，使用非對(duì)稱加密算法無法確保服務(wù)器身份的合法性，存在中間人攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，服務(wù)器發(fā)送給客戶端的公鑰可能在傳送過程中被中間人截獲并篡改；
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使用非對(duì)稱加密在數(shù)據(jù)加密解密過程需要消耗一定時(shí)間，降低了數(shù)據(jù)傳輸效率；
方法3.對(duì)稱加密+非對(duì)稱加密(HTTPS采用這種方式)
使用對(duì)稱密鑰的好處是解密的效率比較快，使用非對(duì)稱密鑰的好處是可以使得傳輸?shù)膬?nèi)容不能被破解，因?yàn)榫退隳銛r截到了數(shù)據(jù)，但是沒有對(duì)應(yīng)的私鑰，也是不能破解內(nèi)容的。就比如說你搶到了一個(gè)保險(xiǎn)柜，但是沒有保險(xiǎn)柜的鑰匙也不能打開保險(xiǎn)柜。那我們就將對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密結(jié)合起來，充分利用兩者各自的優(yōu)勢(shì)，在交換密鑰環(huán)節(jié)使用非對(duì)稱加密方式，之后的建立通信交換報(bào)文階段則使用對(duì)稱加密方式。
具體做法是：發(fā)送密文的一方使用對(duì)方的公鑰進(jìn)行加密處理“對(duì)稱的密鑰”，然后對(duì)方用自己的私鑰解密拿到“對(duì)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(duì)稱加密方式進(jìn)行通信。所以，HTTPS采用對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密兩者并用的混合加密機(jī)制。
（二）解決通信方身份可能被偽裝的問題——數(shù)字證書
非對(duì)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(jià)實(shí)的公開密鑰。比如，正準(zhǔn)備和某臺(tái)服務(wù)器建立公開密鑰加密方式下的通信時(shí)，如何證明收到的公開密鑰就是原本預(yù)想的那臺(tái)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(chǎng)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(yíng)人員向數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)提出公開密鑰的申請(qǐng)。數(shù)字證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)在判明提出申請(qǐng)者的身份之后，會(huì)對(duì)已申請(qǐng)的公開密鑰做數(shù)字簽名，然后分配這個(gè)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(huì)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(duì)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(duì)那張證書上的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，一旦驗(yàn)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(shí)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。
（三）解決報(bào)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(diǎn)，雖然數(shù)據(jù)無法被解密，但可能被篡改，那如何校驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性呢？----校驗(yàn)數(shù)字簽名。
數(shù)字簽名有兩種功效：
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能確定消息確實(shí)是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來的，因?yàn)閯e人假冒不了發(fā)送方的簽名。
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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(yàn)數(shù)字簽名流程見下圖：
數(shù)字簽名技術(shù)就是對(duì)“非對(duì)稱密鑰加解密”和“數(shù)字摘要“兩項(xiàng)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(duì)收到的原文產(chǎn)生一個(gè)摘要信息，與解密的摘要信息對(duì)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(yàn)證信息的完整性。
四、 HTTPS工作流程
1.Client發(fā)起一個(gè)HTTPS（https:/demo.linianhui.dev）的請(qǐng)求，根據(jù)RFC2818的規(guī)定，Client知道需要連接Server的443（默認(rèn)）端口。
2.Server把事先配置好的公鑰證書（public key certificate）返回給客戶端。
3.Client驗(yàn)證公鑰證書：比如是否在有效期內(nèi)，證書的用途是不是匹配Client請(qǐng)求的站點(diǎn)，是不是在CRL吊銷列表里面，它的上一級(jí)證書是否有效，這是一個(gè)遞歸的過程，直到驗(yàn)證到根證書（操作系統(tǒng)內(nèi)置的Root證書或者Client內(nèi)置的Root證書）。如果驗(yàn)證通過則繼續(xù)，不通過則顯示警告信息。
4.Client使用偽隨機(jī)數(shù)生成器生成加密所使用的會(huì)話密鑰，然后用證書的公鑰加密這個(gè)會(huì)話密鑰，發(fā)給Server。
5.Server使用自己的私鑰（private key）解密這個(gè)消息，得到會(huì)話密鑰。至此，Client和Server雙方都持有了相同的會(huì)話密鑰。
6.Server使用會(huì)話密鑰加密“明文內(nèi)容A”，發(fā)送給Client。
7.Client使用會(huì)話密鑰解密響應(yīng)的密文，得到“明文內(nèi)容A”。
8.Client再次發(fā)起HTTPS的請(qǐng)求，使用會(huì)話密鑰加密請(qǐng)求的“明文內(nèi)容B”，然后Server使用會(huì)話密鑰解密密文，得到“明文內(nèi)容B”。
五、HTTP 與 HTTPS 的區(qū)別
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HTTP 是明文傳輸協(xié)議，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。
關(guān)于安全性，用最簡(jiǎn)單的比喻形容兩者的關(guān)系就是卡車運(yùn)貨，HTTP下的運(yùn)貨車是敞篷的，貨物都是暴露的。而https則是封閉集裝箱車，安全性自然提升不少。
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HTTPS比HTTP更加安全，對(duì)搜索引擎更友好，利于SEO,谷歌、百度優(yōu)先索引HTTPS網(wǎng)頁;
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HTTPS需要用到SSL證書，而HTTP不用;
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HTTPS標(biāo)準(zhǔn)端口443，HTTP標(biāo)準(zhǔn)端口80;
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HTTPS基于傳輸層，HTTP基于應(yīng)用層;
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HTTPS在瀏覽器顯示綠色安全鎖，HTTP沒有顯示。
六、為何不所有的網(wǎng)站都使用HTTPS
既然HTTPS那么安全可靠，那為何不所有的Web網(wǎng)站都使用HTTPS？
首先，很多人還是會(huì)覺得HTTPS實(shí)施有門檻，這個(gè)門檻在于需要權(quán)威CA頒發(fā)的SSL證書。從證書的選擇、購(gòu)買到部署，傳統(tǒng)的模式下都會(huì)比較耗時(shí)耗力。
其次，HTTPS普遍認(rèn)為性能消耗要大于HTTP，因?yàn)?/span>與純文本通信相比，加密通信會(huì)消耗更多的CPU及內(nèi)存資源。如果每次通信都加密，會(huì)消耗相當(dāng)多的資源，平攤到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上時(shí)，能夠處理的請(qǐng)求數(shù)量必定也會(huì)隨之減少。但事實(shí)并非如此，用戶可以通過性能優(yōu)化、把證書部署在SLB或CDN，來解決此問題。舉個(gè)實(shí)際的例子，“雙十一”期間，全站HTTPS的淘寶、天貓依然保證了網(wǎng)站和移動(dòng)端的訪問、瀏覽、交易等操作的順暢、平滑。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過優(yōu)化后的許多頁面性能與HTTP持平甚至還有小幅提升，因此HTTPS經(jīng)過優(yōu)化之后其實(shí)并不慢。
除此之外，想要節(jié)約購(gòu)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(gòu)買。
最后是安全意識(shí)。相比國(guó)內(nèi)，國(guó)外互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的安全意識(shí)和技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟，HTTPS部署趨勢(shì)是由社會(huì)、企業(yè)、政府共同去推動(dòng)的。
參考文章與書籍
浪里行舟：碩士研究生，專注于前端。個(gè)人公眾號(hào)：「前端工匠」，致力于打造適合初中級(jí)工程師能夠快速吸收的一系列優(yōu)質(zhì)文章！
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