HTTPS-计网(11)

Date: June 17, 2025

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 是在 HTTP 协议的基础上，增加了 SSL/TLS 协议进行加密，以提供安全性的网络通信协议。

什么是 HTTPS？

HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) 是在 HTTP 协议的基础上，增加了 SSL/TLS (Secure Sockets Layer / Transport Layer Security) 协议进行加密，以提供安全性的网络通信协议。简单来说，HTTPS = HTTP + SSL/TLS。

它的主要目标是解决 HTTP 固有的不安全性，确保用户在浏览器和服务器之间传输的数据是加密、完整且经过身份验证的。

HTTPS 解决了 HTTP 的哪些问题？

HTTP 协议本身是明文传输的。这意味着在客户端和服务器之间传输的所有数据都是可见的，容易被中间人窃取、篡改或伪造。

HTTPS 通过引入 SSL/TLS 层，解决了 HTTP 的三大核心安全问题：

数据窃听（Eavesdropping / Confidentiality）：通过加密解决
- HTTP 问题： 攻击者可以截获并阅读所有传输的数据，就像监听电话一样。
- HTTPS 解决： 通过加密 (Encryption)，所有在客户端和服务器之间传输的数据都进行了加密，即使被截获，也无法被轻易解读，确保了数据的机密性。
数据篡改（Tampering / Integrity）：通过完整性校验解决
- HTTP 问题： 攻击者可以在数据传输过程中修改数据，例如篡改订单金额或注入恶意代码。
- HTTPS 解决： 通过 完整性校验 (Integrity Verification)，SSL/TLS 会对传输的数据进行哈希计算（如 HMAC），确保数据在传输过程中没有被未经授权的第三方修改。任何篡改都会导致校验失败，从而被发现。
身份伪造（Impersonation / Authenticity）：通过CA颁发的证书解决
- HTTP 问题： 攻击者可以伪装成合法服务器或客户端，诱骗用户提交敏感信息（钓鱼网站）。
- HTTPS 解决： 通过 身份认证 (Authentication)，服务器会向客户端提供一个由受信任的第三方机构（CA - Certificate Authority）颁发的数字证书。客户端会验证这个证书的合法性，以确认正在通信的服务器是真实的，从而防止中间人攻击和钓鱼网站。

HTTPS 的核心：SSL/TLS 协议

SSL/TLS 是位于 HTTP 协议和 TCP 协议之间的一层安全协议，它负责整个加密通信的建立和维护。其核心工作流程是SSL/TLS 握手（Handshake）。

SSL/TLS 握手过程（简化版）

SSL/TLS 握手是一个复杂但至关重要的过程，它确保了客户端和服务器之间的安全连接。

客户端发起连接 (Client Hello)：
- 客户端向服务器发送 Client Hello 消息，包含：
  - 支持的 SSL/TLS 协议版本（如 TLS 1.2, TLS 1.3）。
  - 客户端支持的加密套件 (Cipher Suites) 列表（如 AES256-SHA, ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256 等，包含密钥交换算法、对称加密算法、哈希算法）。
  - 一个随机数 Client Random。
服务器响应 (Server Hello)：
- 服务器接收到 Client Hello 后，从客户端提供的列表中选择：
  - 一个最佳的 SSL/TLS 协议版本。
  - 一个最佳的加密套件。
- 服务器发送 Server Hello 消息，包含：
  - 选定的协议版本和加密套件以及一个随机数 Server Random。
  - Certificate 消息，服务器的数字证书。
  - Server Key Exchange 消息，把公钥Pubkey发给客户端。
  - （可选）Certificate Request 消息，如果服务器需要验证客户端身份（双向认证）,网银系统会用到。
  - Server Hello Done 消息，表示服务器的协商完成。
客户端验证证书并生成预主密钥 (Client Key Exchange)：
- 客户端接收到服务器证书后，开始验证其合法性：
  - 验证证书链： 检查证书是否由受信任的 CA 签发（客户端内置了信任的 CA 列表）。
  - 验证域名： 检查证书上的域名与访问的域名是否匹配。
  - 验证有效期： 检查证书是否在有效期内。
  - 验证撤销状态： 检查证书是否被吊销（通过 CRL 或 OCSP）。
- 如果证书验证通过，客户端从证书中提取服务器的公钥。
- 客户端生成一个预主密钥 (Pre-Master Secret)，并使用服务器发过来的公钥对其进行加密。
- 客户端发送加密后的预主密钥给服务器 (Client Key Exchange)。
服务器解密预主密钥并生成主密钥：
- 服务器收到加密的预主密钥后，使用自己的私钥对其进行解密，得到预主密钥。
- 客户端和服务器各自使用 Client Random、Server Random 和 Pre-Master Secret，通过复杂的算法推导出相同的主密钥 (Master Secret)。
- 至此，双方都拥有了相同的对称加密密钥（主密钥）。
切换加密通信 (Change Cipher Spec)：
- 客户端发送 Change Cipher Spec 消息，通知服务器后续通信将使用协商好的加密套件进行加密。
- 客户端发送 Encrypted Handshake Message（通常是 Finished 消息），它是之前所有握手消息的哈希值，用主密钥加密，用于验证握手过程的完整性。
服务器切换加密通信：
- 服务器发送 Change Cipher Spec 消息。
- 服务器发送 Encrypted Handshake Message（Finished 消息），也用主密钥加密。
加密通信：
- 双方互相验证 Finished 消息的正确性后，SSL/TLS 握手完成。
- 后续的所有应用层数据（HTTP 请求和响应）都将使用协商出的对称密钥进行加密传输。

为什么握手这么复杂？为什么不直接用公钥加密后再在服务端解密？

对称加密的效率： 对称加密的加密解密速度比非对称加密快得多。因此，实际的数据传输使用对称加密。
非对称加密的安全性： 对称密钥需要在客户端和服务器之间安全地交换。非对称加密（公钥加密、私钥解密）用于安全地交换这个对称密钥（即预主密钥）。
- 服务器的公钥是公开的，但只有服务器能用私钥解密。这样可以保证预主密钥在传输过程中不会被窃听。
数字证书的信任： 引入 CA 颁发的数字证书，是为了解决公钥的真实性问题。如何确认你拿到的公钥确实是目标服务器的？CA 作为权威机构，对服务器身份进行验证并签名其公钥，确保了身份的真实性，防止中间人伪造公钥。

HTTPS 的优缺点

优点：

安全性： 最核心的优势，保护用户数据不被窃听、篡改，并验证服务器身份。
提升信任度： 浏览器地址栏显示“安全”标志和绿色小锁，增加用户对网站的信任。
SEO 优势： 搜索引擎（如 Google）将 HTTPS 视为排名因素，有利于网站的 SEO 表现。
HTTP/2 的基础： HTTP/2 协议要求必须在加密连接上运行，因此 HTTPS 是启用 HTTP/2 的前提，而 HTTP/2 能带来更好的性能（多路复用、头部压缩等）。
Web API 权限： 许多现代浏览器 API（如地理位置、WebGPU、Service Worker、WebRTC）都强制要求在安全上下文 (HTTPS) 中使用。

缺点：

性能开销： SSL/TLS 握手过程增加了额外的网络往返时间 (RTT)，加密解密也增加了 CPU 负担。不过，现代硬件和协议优化（如 TLS 1.3 的 0-RTT 握手、硬件加速）已大大降低了这部分开销。
证书成本： 购买受信任的 SSL/TLS 证书需要一定的费用（但现在有免费的 Let’s Encrypt 证书）。
部署和维护： 服务器配置 HTTPS 比 HTTP 略复杂，需要管理证书的续期等。
缓存问题： 某些情况下，CDN 对 HTTPS 资源的缓存策略可能需要额外配置。

为什么说 HTTPS 是未来的趋势？

隐私和安全意识提升： 用户越来越关注自己的数据隐私，对网站的安全性要求更高。
浏览器强制要求： 现代浏览器（Chrome、Firefox 等）对非 HTTPS 网站标记“不安全”，并限制其使用某些 Web API。
搜索引擎推动： Google 等巨头的大力推广，将 HTTPS 作为网站排名的重要指标。
技术发展： TLS 1.3 等新版本协议和硬件优化，使得 HTTPS 的性能开销越来越小，逐渐接近 HTTP。
免费证书普及： Let’s Encrypt 等免费证书服务的出现，大大降低了 HTTPS 的部署成本。

综上所述，HTTPS 已从“推荐”变为“必需”，是构建安全、可靠、高性能现代 Web 应用的基石。作为前端开发者，不仅要了解其重要性，更要理解其工作原理，才能更好地排查问题和进行性能优化。

参考

HTTPS是什么？加密原理和证书。

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