HTTPS是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)通信的重要基石，通過加密通信、身份驗證和數(shù)據(jù)完整性保護，為數(shù)十億用戶提供了安全可靠的互聯(lián)網(wǎng)體驗。

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1、介紹

隨著 HTTPS 的不斷普及和使用成本的下降，現(xiàn)階段大部分的系統(tǒng)都已經(jīng)開始用上 HTTPS 協(xié)議。HTTPS 與 HTTP 相比，主打的就是安全概念，相關(guān)的知識如SSL 、非對稱加密、CA證書、數(shù)據(jù)完整性保護等，我們多多少少也都有聽過。本文重點從原理上講解 HTTPS 的安全性，以及同HTTP的比較說明。

2、HTTP和HTTPS的比較

HTTP（HyperText Transfer Protocol：超文本傳輸協(xié)議）是一個未加密的明文傳輸協(xié)議，沒有提供任何數(shù)據(jù)保護機制。這意味著在數(shù)據(jù)傳輸過程中，任何中間人都可以輕易截取、讀取甚至篡改傳輸內(nèi)容。相比之下，HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure：超文本傳輸安全協(xié)議）是一種透過計算機網(wǎng)絡(luò)進行安全通信的傳輸協(xié)議。HTTPS通過SSL/TLS協(xié)議提供了一層堅固的安全保護。

具體來說，HTTPS在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用非對稱加密和對稱加密相結(jié)合的方式，確保只有目標接收方能夠解密數(shù)據(jù)。同時，服務(wù)器需要向證書頒發(fā)機構(gòu)（CA）申請數(shù)字證書，客戶端會驗證證書的有效性以確認服務(wù)器的身份，從而防止中間人攻擊。

2.1 HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol），是一種發(fā)送和接收HTML頁面的方法，主要用于Web瀏覽器和網(wǎng)站服務(wù)器之間傳遞信息。它的主要特點如下：

1. 基于請求響應(yīng)模式：HTTP協(xié)議采用客戶端-服務(wù)器架構(gòu)模式，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器返回相應(yīng)的響應(yīng)。這種模式能有效分離應(yīng)用邏輯，提高系統(tǒng)的可維護性和擴展性。

2. 基于文本傳輸：HTTP協(xié)議使用ASCII碼作為通信協(xié)議，每個請求和響應(yīng)都是一條文本消息，這使得通信協(xié)議更加簡單、直觀、易于處理。

3. 支持多媒體傳輸：HTTP協(xié)議可以傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，如HTML、XML、JSON、圖片、音頻、視頻等，這使得HTTP協(xié)議成為一種通用的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，適用于各種不同類型的應(yīng)用場景。

4. 無連接：HTTP協(xié)議是一個無連接協(xié)議，每個請求都是獨立的，服務(wù)器處理請求后立即關(guān)閉連接。這有助于節(jié)省資源，但也帶來了一些缺點，如需要重新建立連接、重復(fù)發(fā)送相同的頭部信息等。

5. 無狀態(tài)：HTTP協(xié)議沒有客戶端的狀態(tài)存儲，也沒有事務(wù)處理的“內(nèi)存”能力。這意味著每次訪問網(wǎng)站時可能需要重復(fù)的登錄操作。

然而，HTTP協(xié)議也存在一些不足之處。由于它以明文方式發(fā)送內(nèi)容，不提供任何方式的數(shù)據(jù)加密，因此安全性較差。如果攻擊者截取了Web瀏覽器和網(wǎng)站服務(wù)器之間的傳輸報文，就可以直接讀懂其中的信息。因此，HTTP協(xié)議不適合傳輸一些敏感信息，比如信用卡號、密碼等支付信息。

2.2 HTTPS

與HTTP相比，HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）則是以安全為目標的HTTP通道。它在HTTP的基礎(chǔ)上通過傳輸加密和身份認證保證了傳輸過程的安全性。HTTPS的內(nèi)容加密、身份驗證以及數(shù)據(jù)完整性保護的原理主要依賴于SSL/TLS協(xié)議。下面我們詳細來看看這幾方面的實現(xiàn)原理。

2.2.1 內(nèi)容加密

HTTPS使用對稱加密和非對稱加密相結(jié)合的方式來實現(xiàn)內(nèi)容加密。

1. 對稱加密：在密鑰交換完成后，客戶端和服務(wù)器會生成一個共享的會話密鑰。這個會話密鑰用于后續(xù)的加密和解密操作。雙方使用這個會話密鑰，通過對稱加密算法（如AES）對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密和解密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。

如上圖，對稱加密雖然保證了消息的保密性，但是因Client和Service共享一個密匙，這樣就導致密匙特別容易泄露。

2. 非對稱加密：在HTTPS的握手階段，服務(wù)器會將其公鑰發(fā)送給客戶端。這個公鑰用于后續(xù)的加密通信。客戶端使用服務(wù)器的公鑰加密一個隨機數(shù)，然后將加密后的隨機數(shù)發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器使用其私鑰解密這個隨機數(shù)，從而確保雙方都能安全地交換密鑰，這個過程稱為密鑰交換。

如上圖：

• 非對稱加密時需要使用到接收方的公匙對消息進行加密，但是公匙不保密，可以截獲客戶端發(fā)來的消息，然后篡改形成攻擊。

• 非對稱加密的性能會慢上至少幾倍，增加系統(tǒng)消耗。因此，Https將兩種加密結(jié)合起來使用。

2.2.2 身份驗證

HTTPS使用數(shù)字證書來驗證服務(wù)器的身份。

1. 數(shù)字證書：數(shù)字證書是由權(quán)威的證書頒發(fā)機構(gòu)（CA）頒發(fā)的，包含了服務(wù)器的公鑰、服務(wù)器的身份信息以及CA的簽名等信息。當客戶端與服務(wù)器建立HTTPS連接時，服務(wù)器會將其數(shù)字證書發(fā)送給客戶端。

2. 驗證過程：客戶端收到服務(wù)器的數(shù)字證書后，會驗證證書的合法性。首先，客戶端會檢查證書是否由受信任的CA頒發(fā)。然后，客戶端會檢查證書是否過期以及證書中的服務(wù)器身份信息是否與正在連接的服務(wù)器一致。最后，客戶端會使用CA的公鑰驗證證書上的簽名，確保證書在傳輸過程中沒有被篡改。如果證書驗證通過，客戶端就可以確認服務(wù)器的身份是可信的。

2.2.3 數(shù)據(jù)完整性

HTTPS通過消息認證碼（MAC）來確保數(shù)據(jù)的完整性。

1. 消息認證碼：在HTTPS通信過程中，每個傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都會附帶一個MAC值。這個MAC值是通過將數(shù)據(jù)包的內(nèi)容和會話密鑰一起輸入到一個哈希函數(shù)中計算得出的。因此，只有持有相同會話密鑰的接收方才能計算出正確的MAC值。

2. 完整性校驗：當接收方收到數(shù)據(jù)包時，它會使用相同的會話密鑰和哈希函數(shù)計算MAC值，并與數(shù)據(jù)包中附帶的MAC值進行比較。如果兩個MAC值相同，那么接收方就可以確認數(shù)據(jù)包在傳輸過程中沒有被篡改，從而保證了數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

2.2.4 端口

HTTP 默認使用 80 端口，而?HTTPS 默認使用 443 端口。

3、HTTPS的SSL/TLS握手過程具體是如何工作的，以及它如何確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?#xff1f;

HTTPS的SSL/TLS握手過程是確保數(shù)據(jù)傳輸安全的關(guān)鍵步驟。具體來說，這個過程包括以下幾個步驟：

1. 客戶端發(fā)起握手請求：客戶端通過發(fā)送“client hello”消息向服務(wù)器發(fā)起握手請求。該消息包含了客戶端所支持的TLS版本和密碼組合以供服務(wù)器進行選擇，還有一個“client random”隨機字符串。

2. 服務(wù)器響應(yīng)：服務(wù)器收到“client hello”消息后，會發(fā)送“server hello”消息作為響應(yīng)。該消息包含了服務(wù)器選擇的TLS版本和一個“server random”隨機字符串。

3. 密鑰協(xié)商：接下來，雙方會交換各自的公鑰，并使用這些公鑰來生成一個對稱加密的會話密鑰（session key）。這個過程通常涉及Diffie-Hellman密鑰交換算法。

4. 證書驗證：服務(wù)器會將其證書信息（包含公鑰）發(fā)送給客戶端?？蛻舳说臑g覽器會對證書進行驗證，確保其真實性（通常是通過證書頒發(fā)機構(gòu)CA進行驗證）。

5. 完成握手：一旦證書驗證成功，雙方就完成了SSL/TLS握手過程。此時，雙方已經(jīng)協(xié)商出對稱加密的密鑰，之后的通信數(shù)據(jù)將利用該密鑰進行加密傳輸。

通過上述步驟，HTTPS能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。首?#xff0c;通過三次握手建立TCP連接，然后通過四次握手完成SSL/TLS握手，雙方協(xié)商出對稱加密的密鑰。

4、HTTP和HTTPS在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的性能表現(xiàn)有何差異？

在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，HTTP和HTTPS的性能表現(xiàn)存在顯著差異。

1. 加載時間：在相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，HTTPS協(xié)議會使頁面的加載時間延長近50%。這是因為HTTPS需要進行加密通信，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?fù)雜性和時間成本。

2. 耗電量：HTTPS協(xié)議還會增加10%到20%的耗電。這主要是因為加密過程需要更多的計算資源，從而消耗更多的電力。

3. 緩存影響：HTTPS協(xié)議會影響緩存機制，增加數(shù)據(jù)開銷和功耗。這意味著在使用HTTPS時，瀏覽器和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換會更加頻繁，導致緩存效果變差。

4. 往返時間（RTT）：HTTPS相比HTTP通常會額外引入1～2個往返時間（RTT），尤其是在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，往返延遲往往更大，帶來的影響更為明顯。

5. 首次請求：HTTPS協(xié)議首次請求存在多次握手，因此網(wǎng)絡(luò)耗時變長問題，可能會影響系統(tǒng)訪問速度。

HTTPS在安全性方面提供了更高的保障，但同時也帶來了加載時間延長、耗電量增加、緩存效果變差等性能問題。

5、HTTP/2與HTTPS相比，具體有哪些技術(shù)優(yōu)化措施來提高性能？

HTTP/2與HTTPS相比，具體有以下技術(shù)優(yōu)化措施來提高性能：

1. 二進制分幀（Binary Format）：HTTP/2使用二進制格式進行數(shù)據(jù)傳輸，而不是HTTP/1.x中的文本格式。這種改進減少了解析和處理請求的開銷，從而提高了傳輸效率。

2. 多路復(fù)用（Multiplexing）：HTTP/2允許在一個TCP連接上同時發(fā)送多個請求和響應(yīng)，這使得資源加載更加高效，減少了建立多個連接的開銷。

3. 頭部壓縮（Header Compression）：HTTP/2引入了HPACK算法來壓縮HTTP頭部信息，特別是對于重復(fù)的頭部字段，這樣可以減少每個請求的頭部開銷。

4. Server Push（服務(wù)器推送）：HTTP/2允許服務(wù)器預(yù)測客戶端可能需要的資源，并提前將其推送到客戶端緩存中。這減少了客戶端發(fā)起額外請求的時間，從而加快了頁面加載速度。

5. 減少TLS握手次數(shù)：HTTP/2只需一次耗時的TLS握手，而不需要像HTTP/1.x那樣在每次請求時都重新進行TLS握手，這顯著減少了網(wǎng)絡(luò)延遲。

6. 流/消息/幀（Stream/Message/Frame）：HTTP/2將數(shù)據(jù)傳輸分解為更小的單元（流、消息、幀），這樣可以更靈活地管理數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化帶寬利用率。

6、在實際應(yīng)用中，HTTPS的成本效益分析是怎樣的？

在實際應(yīng)用中，HTTPS的成本效益分析可以從多個方面進行考量。

從經(jīng)濟成本來看，部署HTTPS需要更多的計算資源，包括內(nèi)存、CPU和網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗都會更大。此外，HTTPS協(xié)議需要申請SSL/TLS證書，雖然有些證書是免費的，但一般情況下還是需要一定的費用。這些額外的硬件設(shè)備和證書費用都會增加企業(yè)的運營成本。

然而，HTTPS帶來的安全性和隱私保護方面的優(yōu)勢也是不可忽視的。HTTPS通過加密傳輸數(shù)據(jù)，可以有效防止中間人攻擊，確保數(shù)據(jù)的完整性和真實性。這不僅提升了用戶對網(wǎng)站的信任度，還能增強品牌形象，符合法規(guī)要求，減少安全風險和網(wǎng)絡(luò)攻擊的成本。此外，啟用HTTPS后，企業(yè)的域名和企業(yè)信息會得到驗證，用戶訪問時可以通過證書獲知信息，避免受騙。

從長遠來看，HTTPS能夠提升企業(yè)的競爭力和業(yè)務(wù)增長。通用瀏覽器對使用HTTPS協(xié)議的網(wǎng)站進行了優(yōu)化排名，使得這些網(wǎng)站在搜索結(jié)果中的排名更高。這不僅能吸引更多的用戶訪問，還能促進業(yè)務(wù)的增長。

雖然HTTPS在初期部署時會帶來較高的經(jīng)濟成本，但從長遠來看，其帶來的安全性提升、用戶信任度增加以及業(yè)務(wù)增長等效益是顯著的。

7、使用HTTPS對SEO排名的具體影響有哪些研究或案例支持？

使用HTTPS對SEO排名的具體影響有以下幾個方面的研究和案例支持：

1. 搜索引擎偏好：主流搜索引擎如Google和百度已經(jīng)明確表示，相對于HTTP網(wǎng)站，HTTPS網(wǎng)站在搜索結(jié)果中可能會獲得優(yōu)先展示。這意味著HTTPS站點在相同條件下比HTTP站點能獲得更好的排名。

2. 安全性因素：HTTPS加密技術(shù)提高了網(wǎng)站的安全性，這被視為搜索引擎排名的一個重要因素。Google在其搜索算法中考慮了網(wǎng)站的安全性作為排名的一個信號。這種安全性不僅提升了用戶體驗，還降低了用戶的跳出率，從而有助于提高網(wǎng)站的排名。

3. 流量和轉(zhuǎn)化：HTTPS站點由于其安全性和用戶體驗的提升，能夠吸引更多優(yōu)質(zhì)流量，并且這些流量更有可能轉(zhuǎn)化為實際的用戶行為，這對于SEO起到了很大的幫助作用。

4. 長期效果：雖然HTTPS本身可能不會導致巨大的排名提升，但它是一個重要的排名因素之一。隨著時間的推移，采用HTTPS的網(wǎng)站可能會看到其搜索引擎排名有所改善。

8、總結(jié)

HTTP與HTTPS在安全性上存在顯著差異，HTTPS提供了更高的數(shù)據(jù)安全性、身份認證、完整性保護以及防范網(wǎng)絡(luò)釣魚的能力。然而，在性能方面，HTTPS由于加密和解密過程，可能會導致連接建立時間、數(shù)據(jù)傳輸效率、服務(wù)器資源消耗以及緩存機制等方面的性能下降。因此，在選擇使用哪種協(xié)議時，需要根據(jù)具體的需求和情況來決定。

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