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从 HTTP 到 HTTPS 再到 HSTS：网站安全的演变与实践

article 2024/11/6 18:32:11

近年来，随着域名劫持、信息泄漏等网络安全事件的频繁发生，网站安全变得越来越重要。这促使网络传输协议从 HTTP 发展到 HTTPS，再到 HSTS。本文将详细介绍这些协议的演变过程及其在实际应用中的重要性。

一、HTTP 协议

1.1 HTTP 简介

HTTP（超文本传输协议）是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是互联网数据通信的基础，由万维网协会（W3C）和互联网工程任务组（IETF）协调制定。1999年6月发布的 RFC 2616 定义了广泛使用的 HTTP 1.1 版本。

1.2 HTTP 访问过程

HTTP 属于 TCP/IP 模型中的应用层协议。当浏览器与服务器进行通信时，需要先建立 TCP 连接，然后服务器接收浏览器的请求信息，处理后返回相应的信息，最后浏览器接收并解释这些数据。

HTTP 1.0 请求模式：每次访问都要单独建立连接，这会造成资源的浪费。
HTTP 1.1 请求模式：可以在一次连接中处理多个请求，并且将多个请求重叠进行，提高了效率。

1.3 HTTP 协议特点

简单、快速、灵活：用户发送请求时只需传送请求方法和路径，HTTP 允许传输任意类型的数据对象，协议简单易用，服务器规模小，保证了网络通信的速度。
无连接、无状态：每次连接只处理单个请求，连接完成后断开，传输时间节省。协议对事务处理没有记忆能力，后续请求需要重传数据。
管线化和内容编码：管线化技术使 HTTP 请求比持久性连接更快，内容编码用于减少传输时间。

二、从 HTTP 到 HTTPS

2.1 HTTP 的局限性

尽管 HTTP 协议简单快速，但它存在明显的问题：数据传输是明文的，容易被窃听和篡改。这导致了网站和用户资料的泄密风险，因此需要引入 HTTPS。

2.2 HTTPS 简介

HTTPS（超文本传输安全协议）是在 HTTP 下加入 SSL/TLS 层，从而具有保护数据隐私和完整性、提供网站服务器身份认证的功能。简单来说，HTTPS 是安全版的 HTTP。

2.3 HTTPS 访问过程

HTTPS 在进行数据传输之前会与网站服务器和 Web 浏览器进行一次握手，具体过程如下：

浏览器发送加密信息：浏览器将支持的加密信息发送给服务器。
服务器发送证书：服务器选择加密算法和哈希算法，将证书（包括 CA 机构、有效期、公钥、所有者、签名等）发送给浏览器。
浏览器验证证书：浏览器验证证书的合法性，如果证书受信任，浏览器会生成随机密码并用证书中的公钥加密，然后发送给服务器。
服务器解密并确认：服务器使用私钥解密密码，验证握手信息的一致性，然后使用密码加密新的握手信息，发送给浏览器。
浏览器确认握手：浏览器解密并验证握手消息，如果一致，握手过程结束，双方使用对称加密算法进行数据交换。

2.4 HTTPS 加密算法

对称加密：使用同一密钥进行加密和解密，如 DES、AES-GCM、ChaCha20-Poly1305 等。
非对称加密：使用不同的密钥进行加密和解密，如 RSA、DSA、ECDSA、DH、ECDHE 等。
哈希算法：将任意长度的信息转换为固定长度的值，如 MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-256 等。
数字签名：在信息后附加经过哈希后的值，证明信息未被修改，如 RSA 签名。

三、从 HTTPS 到 HSTS

3.1 HTTPS 的局限性

尽管 HTTPS 提高了数据传输的安全性，但用户习惯输入域名而不指定协议，浏览器默认使用 HTTP，这可能导致中间人攻击。因此，需要引入 HSTS（HTTP 严格安全传输）。

3.2 HSTS 简介

HSTS 是一种新的 Web 安全协议，通过服务器发送响应头来控制浏览器操作，确保用户始终访问 HTTPS 链接，从而防止中间人攻击。

3.3 HSTS 原理

HSTS 主要通过服务器响应头来控制浏览器操作：

响应头格式：Strict-Transport-Security: max-age=expireTime [; includeSubDomains] [; preload]
max-age 参数：设置 HSTS 的有效时间，建议设置为 6 个月。
includeSubDomains 参数：可选，表示 HSTS 应用于所有子域名。
preload 参数：可选，表示网站已预先加载到浏览器的 HSTS 列表中。

3.4 HSTS 实施步骤

在服务器响应头中添加 HSTS 响应头：

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /path/to/certificate.crt;
    ssl_certificate_key /path/to/private.key;

    add_header Strict-Transport-Security "max-age=15768000; includeSubDomains; preload" always;
}