计算机网络学习05（HTTP vs HTTPS）

Myth丶恋晨 2024-03-22 09:52 12阅读 0赞

***1、HTTP 协议介绍***

HTTP 协议，全称超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol）。顾名思义，HTTP 协议就是用来规范超文本的传输，**超文本，也就是网络上的包括文本在内的各式各样的消息**，具体来说，主要是来**规范浏览器和服务器端的行为的**。

并且，HTTP 是一个无状态（stateless）协议，也就是说**服务器不维护任何有关客户端过去所发请求的消息**。这其实是一种懒政，有状态协议会更加复杂，需要维护状态（历史信息），而且如果客户或服务器失效，会产生状态的不一致，解决这种不一致的代价更高。

***2、HTTP 协议通信过程***

HTTP 是应用层协议，它以 TCP（传输层）作为底层协议，默认端口为 80. 通信过程主要如下：

1、服务器在 80 端口等待客户的请求。  
2、浏览器发起到服务器的 TCP 连接（创建套接字 Socket）。  
3、服务器接收来自浏览器的 TCP 连接。  
4、浏览器（HTTP 客户端）与 Web 服务器（HTTP 服务器）交换 HTTP 消息。  
5、关闭 TCP 连接。

***3、HTTP 协议优点***

扩展性强、速度快、跨平台支持性好。

***4、HTTPS 协议介绍***

HTTPS 协议（Hyper Text Transfer Protocol Secure），**是 HTTP 的加强安全版本**。

HTTPS 是基于 HTTP 的，也是用 TCP 作为底层协议，并额外使用 **SSL/TLS 协议**用作**加密和安全认证**。默认端口号是 443.

HTTPS 协议中，**SSL 通道通常使用基于密钥的加密算法**，密钥长度通常是 **40 比特或 128 比特**。\# HTTPS 协议优点保密性好、信任度高。

***5、HTTPS 的核心—SSL/TLS协议***

HTTPS 之所以能达到较高的安全性要求，就是结合了 **SSL/TLS 和 TCP 协议**，对通信数据进行加密，解决了 HTTP 数据透明的问题。

**6、SSL 和 TLS 的区别？**

SSL 和 TLS 没有太大的区别。

**SSL 指安全套接字协议（Secure Sockets Layer）**，首次发布与 1996 年。SSL 的首次发布其实已经是他的 3.0 版本，SSL 1.0 从未面世，SSL 2.0 则具有较大的缺陷（DROWN 缺陷——Decrypting RSA with Obsolete and Weakened eNcryption）。很快，在 1999 年，SSL 3.0 进一步升级，新版本被命名为 TLS 1.0。

因此，**TLS 是基于 SSL 之上**的，但由于习惯叫法，通常把 HTTPS 中的核心加密协议混称为 SSL/TLS。

***7、SSL/TLS 的工作原理***

**非对称加密**

SSL/TLS 的核心要素是`非对称加密`。非对称加密采用`两个密钥——一个公钥，一个私钥`。在通信时，私钥仅由解密者保存，公钥由任何一个想与解密者通信的发送者（加密者）所知。

可以设想一个场景，在某个自助邮局，每个通信信道都是一个邮箱，每一个邮箱所有者都在旁边立了一个牌子，上面挂着一把钥匙：这是我的公钥，发送者请将信件放入我的邮箱，并用公钥锁好。

但是公钥只能加锁，并不能解锁。解锁只能由邮箱的所有者——因为只有他保存着私钥。

这样，通信信息就不会被其他人截获了，这依赖于私钥的保密性。

![在这里插入图片描述][589a466841224a229ed9d755cb621b6a.png]

`非对称加密`的公钥和私钥需要采用一种复杂的数学机制生成（密码学认为，为了较高的安全性，尽量不要自己创造加密方案）。公私钥对的生成算法依赖于单向陷门函数。

单向函数：已知单向函数 f，给定任意一个输入 x，易计算输出 y=f(x)；而给定一个输出 y，假设存在 f(x)=y，很难根据 f 来计算出 x。单向陷门函数：一个较弱的单向函数。已知单向陷门函数 f，陷门 h，给定任意一个输入 x，易计算出输出 y=f(x;h)；而给定一个输出 y，假设存在 f(x;h)=y，很难根据 f 来计算出 x，但可以根据 f 和 h 来推导出 x。

![在这里插入图片描述][a58622ccf01b4eccb5c20e02958dbb92.png]

上图就是一个单向函数（不是单项陷门函数），假设有一个绝世秘籍，任何知道了这个秘籍的人都可以把苹果汁榨成苹果，那么这个秘籍就是“陷门”了吧。在这里，函数 f 的计算方法相当于公钥，陷门 h 相当于私钥。公钥 f 是公开的，任何人对已有输入，都可以用 f 加密，而要想根据加密信息还原出原信息，必须要有私钥才行。

**对称加密**

**使用 SSL/TLS 进行通信的双方需要使用`非对称加密`方案来通信**，但是非对称加密设计了较为复杂的数学算法，在实际通信过程中，计算的代价较高，效率太低，因此，**SSL/TLS 实际对消息的加密使用的是`对称加密`**。

\*\*对称加密：\*\*通信双方共享唯一密钥 k，加解密算法已知，加密方利用密钥 k 加密，解密方利用密钥 k 解密，保密性依赖于密钥 k 的保密性。

![在这里插入图片描述][49f680e99b7f4ff084daf0e5db42c857.png]

对称加密的密钥生成代价比公私钥对的生成代价低得多，**那么有的人会问了，为什么 SSL/TLS 还需要使用非对称加密呢？**

因为对称加密的保密性完全依赖于密钥的保密性。在双方通信之前，需要商量一个用于对称加密的密钥。我们知道网络通信的信道是不安全的，传输报文对任何人是可见的，密钥的交换肯定不能直接在网络信道中传输。因此，使用非对称加密，对对称加密的密钥进行加密，保护该密钥不在网络信道中被窃听。这样，通信双方只需要一次非对称加密，交换对称加密的密钥，在之后的信息通信中，使用绝对安全的密钥，对信息进行对称加密，即可保证传输消息的保密性。

**公钥传输的信赖性**

SSL/TLS 介绍到这里，了解信息安全的朋友又会想到一个安全隐患，设想一个下面的场景：

客户端 C 和服务器 S 想要使用 SSL/TLS 通信，由上述 SSL/TLS 通信原理，C 需要先知道 S 的公钥，而 S 公钥的唯一获取途径，就是把 S 公钥在网络信道中传输。要注意网络信道通信中有几个前提：

1、任何人都可以捕获通信包  
2、通信包的保密性由发送者设计  
3、保密算法设计方案默认为公开，而（解密）密钥默认是安全的

因此，假设 S 公钥不做加密，在信道中传输，那么很有可能存在一个攻击者 A，发送给 C 一个诈包，假装是 S 公钥，其实是诱饵服务器 AS 的公钥。当 C 收获了 AS 的公钥（却以为是 S 的公钥），C 后续就会使用 AS 公钥对数据进行加密，并在公开信道传输，那么 A 将捕获这些加密包，用 AS 的私钥解密，就截获了 C 本要给 S 发送的内容，而 C 和 S 二人全然不知。同样的，S 公钥即使做加密，也难以避免这种信任性问题，C 被 AS 拐跑了！

![在这里插入图片描述][eb92a62738814f128f77591d4f13b8ea.png]

**为了公钥传输的信赖性问题，第三方机构应运而生——证书颁发机构（CA，Certificate Authority）**。CA 默认是受信任的第三方。CA 会给各个服务器颁发证书，证书存储在服务器上，并附有 CA 的**电子签名**。

当客户端（浏览器）向服务器发送 HTTPS 请求时，一定要先获取目标服务器的证书，并根据证书上的信息，检验证书的合法性。一旦客户端检测到证书非法，就会发生错误。客户端获取了服务器的证书后，由于证书的信任性是由第三方信赖机构认证的，而证书上又包含着服务器的公钥信息，客户端就可以放心的信任证书上的公钥就是目标服务器的公钥。

**数字签名**

上一小节提到了数字签名，**数字签名要解决的问题，是防止证书被伪造**。第三方信赖机构 CA 之所以能被信赖，就是 `靠数字签名技术` 。

数字签名，是 CA 在给服务器颁发证书时，使用散列+加密的组合技术，在证书上盖个章，以此来提供验伪的功能。具体行为如下：

CA 知道服务器的公钥，对证书采用散列技术生成一个摘要。CA 使用 CA 私钥对该摘要进行加密，并附在证书下方，发送给服务器。现在服务器将该证书发送给客户端，客户端需要验证该证书的身份。客户端找到第三方机构 CA，获知 CA 的公钥，并用 CA 公钥对证书的签名进行解密，获得了 CA 生成的摘要。客户端对证书数据（包含服务器的公钥）做相同的散列处理，得到摘要，并将该摘要与之前从签名中解码出的摘要做对比，如果相同，则身份验证成功；否则验证失败。

![在这里插入图片描述][daf0c4d929084856b5f35352dc9fcd94.png]

总结来说，带有证书的公钥传输机制如下：

1、设有服务器 S，客户端 C，和第三方信赖机构 CA。  
2、S 信任 CA，CA 是知道 S 公钥的，CA 向 S 颁发证书。并附上 CA 私钥对消息摘要的加密签名。  
3、S 获得 CA 颁发的证书，将该证书传递给 C。  
4、C 获得 S 的证书，信任 CA 并知晓 CA 公钥，使用 CA 公钥对 S 证书上的签名解密，同时对消息进行散列处理，得到摘要。比较摘要，验证 S 证书的真实性。  
5、如果 C 验证 S 证书是真实的，则信任 S 的公钥（在 S 证书中）。

![在这里插入图片描述][59289fd844a64a6bbf02aef3092e8c91.png]

***总结***

*  **端口号 ：** HTTP 默认是 80，HTTPS 默认是 443。
 *  **URL 前缀 ：** HTTP 的 URL 前缀是 http://，HTTPS 的 URL 前缀是 https://。
 *  **安全性和资源消耗 ：** HTTP 协议运行在 TCP 之上，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份。HTTPS 是运行在 SSL/TLS 之上的 HTTP 协议，SSL/TLS 运行在 TCP 之上。所有传输的内容都经过加密，`加密采用对称加密`，`但对称加密的密钥用服务器方的证书进行了非对称加密`。所以说，HTTP 安全性没有 HTTPS 高，但是 HTTPS 比 HTTP 耗费更多服务器资源。

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