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HTTP、SSL/TLS和HTTPS协议的区别与联系

时间:2016-05-13   文章来源:马海祥博客   访问次数:

今天在请求数据的时候,服务器使用的是https请求,相对安全些,但是结果让我请求图片和资源的时候也使用https请求,我之前写的http请求根本用不了!我就感到非常的不爽!最后听公司的人说了下,最后他们决定重要信息使用https访问,但是对于资源什么的就使用http吧!

HTTP、SSL/TLS和HTTPS协议的区别与联系-马海祥博客

开始没什么认识,只感觉到使用https请求数据的时候,要经过安全验证,安全性很高!仔细查了一些资料,原来使用https是要分场合的,不是什么时候都可以用的,对此,我们不妨先来看一下HTTP、SSL/TLS和HTTPS协议之间的区别与联系。

1、“HTTP”是什么?

超文本传输协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议,所有的WWW文件都必须遵守这个标准,设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法(具体可查看马海祥博客《深入解析互联网协议的原理》的相关介绍)。

1960年美国人Ted Nelson构思了一种通过计算机处理文本信息的方法,并称之为超文本(hypertext),这成为了HTTP超文本传输协议标准架构的发展根基。

简单来说,HTTP就是一个网络协议,是专门用来帮你传输Web内容的,关于这个协议,就算你不了解,至少也听说过吧?比如你访问我的博客的主页,浏览器地址栏会出现的网址:http://www.mahaixiang.cn,大部分网站都是通过HTTP协议来传输Web页面、以及Web页面上包含的各种东东(图片、CSS 样式、JS 脚本)。

2、“SSL/TLS”是什么?

SSL是“Secure Sockets Layer”的缩写,中文叫做“安全套接层”,它是在上世纪90年代中期,由网景公司设计的(顺便插一句,网景公司不光发明了 SSL,还发明了很多 Web 的基础设施——比如“CSS 样式表”和“JS 脚本”)。

为啥要发明SSL这个协议捏?因为原先互联网上使用的HTTP协议是明文的,存在很多缺点——比如传输内容会被偷窥(嗅探)和篡改,发明SSL协议,就是为了解决这些问题。

到了1999年,SSL因为应用广泛,已经成为互联网上的事实标准,IETF就在那年把SSL标准化,标准化之后的名称改为TLS(是“Transport Layer Security”的缩写),中文叫做“传输层安全协议”。

很多相关的文章都把这两者并列称呼(SSL/TLS),因为这两者可以视作同一个东西的不同阶段。

3、“HTTPS”是什么意思?

解释完 HTTP 和 SSL/TLS,现在就可以来解释 HTTPS 啦,咱们通常所说的 HTTPS 协议,说白了就是“HTTP 协议”和“SSL/TLS 协议”的组合,你可以把 HTTPS 大致理解为——“HTTP over SSL”或“HTTP over TLS”(反正 SSL 和 TLS 差不多)。

HTTPS(全称:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),是以安全为目标的HTTP通道,简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层,HTTPS的安全基础是SSL,因此加密的详细内容就需要SSL。

它是一个URI scheme(抽象标识符体系),句法类同http:体系,用于安全的HTTP数据传输。

https:URL表明它使用了HTTP,但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层(在HTTP与TCP之间),这个系统的最初研发由网景公司(Netscape)进行,并内置于其浏览器Netscape Navigator中,提供了身份验证与加密通讯方法,现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯,例如交易支付方面。

4、谈谈“对称加密”和“非对称加密”的概念

如果我们想搞明白“对称加密”和“非对称加密”的概念,首先,我们就要先知道什么是“加密”和“解密”?

(1)、什么是“加密”和“解密”?

通俗而言,你可以把“加密”和“解密”理解为某种互逆的数学运算,就好比“加法和减法”互为逆运算、“乘法和除法”互为逆运算。

“加密”的过程,就是把“明文”变成“密文”的过程;反之,“解密”的过程,就是把“密文”变为“明文”,在这两个过程中,都需要一个关键的东东——叫做“密钥”——来参与数学运算。

(2)、什么是“对称加密”?

所谓的“对称加密技术”,意思就是说:“加密”和“解密”使用相同的密钥。这个比较好理解,就好比你用 7zip 或 WinRAR 创建一个带密码(口令)的加密压缩包,当你下次要把这个压缩文件解开的时候,你需要输入同样的密码,在这个例子中,密码/口令就如同刚才说的“密钥”。

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式,加密(encryption)与解密(decryption)用的是同样的密钥(secret key),这种方法在密码学中叫做对称加密算法,对称加密有很多种算法,由于它效率很高,所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

(3)、什么是“非对称加密”?

所谓的“非对称加密技术”,意思就是说:“加密”和“解密”使用不同的密钥,这玩意儿比较难理解,也比较难想到,当年“非对称加密”的发明,还被誉为“密码学”历史上的一次革命。

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法,它使用了一对密钥,公钥(public key)和私钥(private key),私钥只能由一方安全保管,不能外泄,而公钥则可以发给任何请求它的人,非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密,而解密则需要另一个密钥。

由于篇幅有限,对“非对称加密”这个话题,我就不展开了,有空的话,我会再单独写一篇文章在马海祥博客上发布。

(4)、各自有啥优缺点?

看完刚才的定义,很显然:(从功能角度而言)“非对称加密”能干的事情比“对称加密”要多,这是“非对称加密”的优点,但是“非对称加密”的实现,通常需要涉及到“复杂数学问题”,所以,“非对称加密”的性能通常要差很多(相对于“对称加密”而言)。

这两者的优缺点,也影响到了 SSL 协议的设计。

5、HTTP协议的特点

作为背景知识介绍,还需要再稍微谈一下 HTTP 协议本身的特点,HTTP本身有很多特点,考虑到篇幅有限,马海祥只谈那些和HTTPS相关的特点,想要了解更深入的HTTP知识,可查看马海祥博客《HTTP服务的七层架构技术解析及运用》的相关介绍。

(1)、HTTP的版本和历史

如今咱们用的 HTTP 协议,版本号是 1.1(也就是 HTTP 1.1),这个 1.1 版本是1995年底开始起草的(技术文档是RFC2068),并在1999年正式发布(技术文档是RFC2616)。

在 1.1 之前,还有曾经出现过两个版本“0.9 和 1.0”,其中的 HTTP 0.9 没有被广泛使用,而 HTTP 1.0 被广泛使用过。

(2)、HTTP 和 TCP 之间的关系

简单地说,TCP 协议是 HTTP 协议的基石——HTTP 协议需要依靠 TCP 协议来传输数据。

在网络分层模型中,TCP 被称为“传输层协议”,而 HTTP 被称为“应用层协议”。

有很多常见的应用层协议是以 TCP 为基础的,比如“FTP、SMTP、POP、IMAP”等。

TCP被称为“面向连接”的传输层协议,关于它的具体细节,俺就不展开了(否则篇幅又失控了),你只需知道:传输层主要有两个协议,分别是TCP和UDP,TCP比UDP更可靠,你可以把 TCP 协议想象成某个水管,发送端这头进水,接收端那头就出水,并且 TCP 协议能够确保,先发送的数据先到达(与之相反,UDP不保证这点)。

(3)、HTTP协议如何使用 TCP 连接?

HTTP对 TCP 连接的使用,分为两种方式:俗称“短连接”和“长连接”(“长连接”又称“持久连接”,叫做“Keep-Alive”或“Persistent Connection”)

假设有一个网页,里面包含好多图片,还包含好多外部的CSS文件和JS文件,在“短连接”的模式下,浏览器会先发起一个 TCP 连接,拿到该网页的 HTML 源代码(拿到 HTML 之后,这个 TCP 连接就关闭了)。然后,浏览器开始分析这个网页的源码,知道这个页面包含很多外部资源(图片、CSS、JS)。然后针对每一个外部资源,再分别发起一个个 TCP 连接,把这些文件获取到本地(同样的,每抓取一个外部资源后,相应的 TCP 就断开)。

相反,如果是“长连接”的方式,浏览器也会先发起一个 TCP 连接去抓取页面,但是抓取页面之后,该 TCP 连接并不会立即关闭,而是暂时先保持着(所谓的“Keep-Alive”),然后浏览器分析 HTML 源码之后,发现有很多外部资源,就用刚才那个 TCP 连接去抓取此页面的外部资源。

在 HTTP 1.0 版本,默认使用的是“短连接”(那时候是 Web 诞生初期,网页相对简单,“短连接”的问题不大)。

到了1995年底开始制定 HTTP 1.1 草案的时候,网页已经开始变得复杂(网页内的图片、脚本越来越多了),这时候再用短连接的方式,效率太低下了(因为建立 TCP 连接是有“时间成本”和“CPU成本”),所以,在 HTTP 1.1 中,默认采用的是“Keep-Alive”的方式。

6、SSL/TLS协议的基本运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法,也就是说,客户端先向服务器端索要公钥,然后用公钥加密信息,服务器收到密文后,用自己的私钥解密,但是这里有两个问题:

(1)、如何保证公钥不被篡改?

解决方法:将公钥放在数字证书中,只要证书是可信的,公钥就是可信的。

(2)、公钥加密计算量太大,如何减少耗用的时间?

解决方法:每一次对话(session),客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"(session key),用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密,所以运算速度非常快,而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身,这样就减少了加密运算的消耗时间。

因此,SSL/TLS协议的基本过程是这样的:

(1)、客户端向服务器端索要并验证公钥。

(2)、双方协商生成“对话密钥”。

(3)、双方采用“对话密钥”进行加密通信。

上面过程的前两步,又称为“握手阶段”(handshake)。

HTTP、SSL/TLS和HTTPS协议的区别与联系-马海祥博客

以上图片就是“握手阶段”涉及四次通信,需要注意的是,“握手阶段”的所有通信都是明文的。

7、SSL、HTTP和HTTPS协议的联系

SSL是Netscape公司所提出的安全保密协议,在浏览器(如Internet Explorer、Netscape Navigator)和Web服务器(如Netscape的Netscape Enterprise Server、ColdFusion Server等等)之间构造安全通道来进行数据传输,SSL运行在TCP/IP层之上、应用层之下,为应用程序提供加密数据通道,它采用了RC4、MD5 以及RSA等加密算法,使用40位的密钥,适用于商业信息的加密。

同时,Netscape公司相应开发了HTTPS协议并内置于其浏览器中,HTTPS实际上就是SSL over HTTP,它使用默认端口443,而不是像HTTP那样使用端口80来和TCP/IP进行通信。HTTPS协议使用SSL在发送方把原始数据进行加密,然后在接受方进行解密,加密和解密需要发送方和接受方通过交换共知的密钥来实现,因此,所传送的数据不容易被网络黑客截获和解密。

然而,加密和解密过程需要耗费系统大量的开销,严重降低机器的性能,相关测试数据表明使用HTTPS协议传输数据的工作效率只有使用HTTP协议传输的十分之一。

HTTP、SSL/TLS和HTTPS协议的区别与联系-马海祥博客

假如为了安全保密,将一个网站所有的Web应用都启用SSL技术来加密,并使用HTTPS协议进行传输,那么该网站的性能和效率将会大大降低,而且没有这个必要,因为一般来说并不是所有数据都要求那么高的安全保密级别,所以,我们只需对那些涉及机密数据的交互处理使用HTTPS协议,这样就做到鱼与熊掌兼得(具体可查看马海祥博客《从SEO的角度来分析网站是否该采用HTTPS协议》的相关介绍)。

总之不需要用https的地方,就尽量不要用。

8、HTTPS协议的需求是什么?

花了好多口水,终于把背景知识说完了,下面正式进入正题,先来说说当初设计HTTPS是为了满足哪些需求?

很多介绍 HTTPS 的文章一上来就给你讲实现细节,对此,马海祥觉得这是不好的做法,一上来就给你讲协议细节,你充其量只能知道如何做,无法理解为什么,我在前一个章节讲了“背景知识”,在这个章节讲了“需求”,这就有助于你理解了。

为什么要设计成这样?——这就是 WHY 型的问题。

(1)、兼容性

因为是先有 HTTP 再有 HTTPS,所以,HTTPS 的设计者肯定要考虑到对原有 HTTP 的兼容性。

这里所说的兼容性包括很多方面,比如已有的 Web 应用要尽可能无缝地迁移到 HTTPS;比如对浏览器厂商而言,改动要尽可能小。

基于“兼容性”方面的考虑,很容易得出如下几个结论:

①、HTTPS还是要基于 TCP 来传输

如果改为 UDP 作传输层,无论是 Web 服务端还是浏览器客户端,都要大改,动静太大了。

②、单独使用一个新的协议,把 HTTP 协议包裹起来

所谓的“HTTP over SSL”,实际上是在原有的 HTTP 数据外面加了一层 SSL 的封装,HTTP 协议原有的 GET、POST 之类的机制,基本上原封不动。

打个比方:如果原来的 HTTP 是塑料水管,容易被戳破;那么如今新设计的 HTTPS 就像是在原有的塑料水管之外,再包一层金属水管,一来,原有的塑料水管照样运行;二来,用金属加固了之后,不容易被戳破。

(2)、可扩展性

前面说了,HTTPS 相当于是“HTTP over SSL”。

如果 SSL 这个协议在“可扩展性”方面的设计足够牛逼,那么它除了能跟 HTTP 搭配,还能够跟其它的应用层协议搭配,岂不美哉?

现在看来,当初设计 SSL 的人确实比较牛,如今的 SSL/TLS 可以跟很多常用的应用层协议(比如:FTP、SMTP、POP、Telnet)搭配,来强化这些应用层协议的安全性。

接着刚才打的比方:如果把 SSL/TLS 视作一根用来加固的金属管,它不仅可以用来加固输水的管道,还可以用来加固输煤气的管道。

(3)、保密性(防泄密)

HTTPS需要做到足够好的保密性。

说到保密性,首先要能够对抗嗅探(行话叫 Sniffer),所谓的“嗅探”,通俗而言就是监视你的网络传输流量,如果你使用明文的 HTTP 上网,那么监视者通过嗅探,就知道你在访问哪些网站的哪些页面。

嗅探是最低级的攻击手法,除了嗅探,HTTPS 还需要能对抗其它一些稍微高级的攻击手法——比如“重放攻击”(后面讲协议原理的时候,会再聊)。

(4)、完整性(防篡改)

除了“保密性”,还有一个同样重要的目标是“确保完整性”。

在发明 HTTPS 之前,由于 HTTP 是明文的,不但容易被嗅探,还容易被篡改。

举个例子:比如咱们的网络运营商(ISP)都比较流氓,经常有网友抱怨说访问某网站(本来是没有广告的),竟然会跳出很多中国电信的广告,为啥会这样呢?因为你的网络流量需要经过 ISP 的线路才能到达公网,如果你使用的是明文的 HTTP,ISP 很容易就可以在你访问的页面中植入广告。

所以,当初设计 HTTPS 的时候,还有一个需求是“确保 HTTP 协议的内容不被篡改”。

(5)、真实性(防假冒)

在谈到 HTTPS 的需求时,“真实性”经常被忽略,其实“真实性”的重要程度不亚于前面的“保密性”和“完整性”。

举个例子:你因为使用网银,需要访问该网银的 Web 站点,那么,你如何确保你访问的网站确实是你想访问的网站?

有些天真的同学会说:通过看网址里面的域名,来确保,为啥说这样的同学是“天真的”?因为 DNS 系统本身是不可靠的(尤其是在设计 SSL 的那个年代,连 DNSSEC 都还没发明),由于 DNS 的不可靠(存在“域名欺骗”和“域名劫持”),你看到的网址里面的域名未必是真实滴!

所以,HTTPS 协议必须有某种机制来确保“真实性”的需求(至于如何确保,后面会细聊)。

9、HTTPS和HTTP的区别

超文本传输协议HTTP协议被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息,HTTP协议以明文方式发送内容,不提供任何方式的数据加密,如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文,就可以直接读懂其中的信息,因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息,比如信用卡号、密码等。

为了解决HTTP协议的这一缺陷,需要使用另一种协议:安全套接字层超文本传输协议HTTPS。

为了数据传输的安全,HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL协议,SSL依靠证书来验证服务器的身份,并为浏览器和服务器之间的通信加密。

一般来说,HTTPS和HTTP的区别主要为以下四点:

(1)、https协议需要到ca申请证书,一般免费证书很少,需要交费。

(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(具体可查看马海祥博客《HTTP与HTTPS的区别》的相关介绍)。

10、HTTPS和HTTP的性能比较

再来说最后一个需求——性能。

本来简单的http协议,一个get一个response,由于https要还密钥和确认加密算法的需要,单握手就需要6、7个往返,任何应用中,过多的round trip肯定影响性能,接下来才是具体的http协议,每一次响应或者请求,都要求客户端和服务端对会话的内容做加密/解密。

尽管对称加密/解密效率比较高,可是仍然要消耗过多的CPU,为此有专门的SSL芯片,如果CPU信能比较低的话,肯定会降低性能,从而不能serve更多的请求,加密后数据量的影响,所以,才会出现那么多的安全认证提示(具体可查看马海祥博客《HTTPS对网站性能优化的影响》的相关介绍)。

一般来说,引入HTTPS之后,不能导致性能变得太差,否则的话,谁还愿意用?

为了确保性能,SSL 的设计者至少要考虑如下几点:

(1)、如何选择加密算法(“对称”or“非对称”)?

(2)、如何兼顾 HTTP 采用的“短连接”TCP 方式?

SSL 是在1995年之前开始设计的,那时候的 HTTP 版本还是 1.0,默认使用的是“短连接”的 TCP 方式——默认不启用 Keep-Alive。

HTTPS的关键性能影响是CPU和往返,如果CPU很强的话,性能可能就是有人讲的80%;如果cpu是瓶颈的话,有人讲原来可以server330-500个请求每秒,现在只有30-50%,因此在使用https请求数据的时候要注意看看你的项目里面是否真的需要。

马海祥博客点评:

HTTPS是为了安全性而设置的,要验证很多的信息,相对应http请求的速度肯定有点慢,如果使用HTTPS的话很麻烦的,无意给服务器和客户端增加了很大的压力,所以,平时最好不要使用HTTPS,如果牵扯到个人隐私或者是其他的什么重要信息就一定要这么做了。

很多的时候你感觉有点问题,但是如果不去细细发觉的话,暂时没有什么问题,但是在你后面的维护,或者出问题的时候会弄的头痛不已,为了以后的方便,还是此刻就好好的把每一件事做好,分析好!

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