八、《图解HTTP》 - HTTPS(一)

简介: 八、《图解HTTP》 - HTTPS(一)

#tjhttp 《图解HTTP》 - HTTPS(一)


知识点

  1. HTTPS 是什么?HTTP有哪些缺点?
  2. SSL、TLS为啥总是被放到一起,有什么区别?
  3. SSL、TLS历史背景。
  4. SSL的加密细节,加密算法了解。
  5. SSL的加密流程。

HTTP缺点

  1. 明文通信,内容容易被窃听。
  2. 无身份验证,容易受到伪装请求攻击。
  3. 无法验证报文完整,无法防篡改。

除了协议本身的漏洞之外,一些编程语言也可能编写出不安全的网络应用程序。

明文窃听

既然HTTP是不加密通信的,那么自然会好奇它是如何被窃听的。

所谓的窃听是因为TCP/IP模型的物理层、数据链路层、网络层这几层所需要的设备支持都不可能是个人用户所具备的东西,所以在这几个环节进行通信窃听是完全有可能的。

整个窃听的过程如下图,在网络信息通过网卡发出去的那一刻,网络包中间被“加工”的可能性就会急剧增加。这样的情况就好比一个快递从站点发出去的一刻,就有可能出现各种各样的情况。

此外加密通信并不是保证信息不被窃听,而是在窃听方拿到网络包之后无法破解明文信息内容,这样“加密”的特性就算是达到了。

常见的窃听方式比如WireShark,可以对于请求进行抓包处理。

如何防止窃听

防止明文窃听通过加密进行保护处理的方式有两种:

  • 通信加密:
  • SSL(Secure Socket Layer,安全套接层),也就是HTTPS里面的S,实现方式是在HTTP的基础上组合使用SSL通信。
  • TLS(Transport Layer Security,安全层传输协议)致力于替代SSL协议,是目前的主流协议(SSL已在2015年遭到废弃)。
  • 内容加密:
  • 在传输之前对于内容明文按照某种特定规则加密,比如最常见的OAuth2。

无身份验证

无身份验证体现在下面几个方面:

  • 人人都可以发送请求
  • 无法确认响应的服务器是否真实。
  • 无法确认发送请求的客户端是否真实。
  • 无法验证发送方是否符合权限。
  • 无法判定请求来源。
  • 无法阻止无意义攻击(Ddos攻击)。

进行身份验证

SSL/TLS 需要通过第三方符合资质的机构进行数字认证,能获得这一机构认证本身就是十分麻烦的事情,所以通常颁发认证证书的服务器基本都可以获得加密保障,同时确认请求方的证书能有效的控制请求来源,对于客户端也能清楚请求的对方是合法安全的。

无法验证报文完整

请求在传输和响应的过程中遭到拦截并且篡改攻击的手段叫做中间人攻击(Man-in-the-Middle attack,MITM),在许多情况下这是很简单的(例如,在一个未加密的Wi-Fi无线接入点的接受范围内的中间人攻击者,可以将自己作为一个中间人插入这个网络)。

一个中间人攻击能成功的前提条件是攻击者能将自己伪装成每一个参与会话的终端,并且不被其他终端识破。中间人攻击是一个(缺乏)相互认证的攻击

如何防止篡改

针对中间人攻击,HTTP通常使用 MD5SHA-1 等散列值校验的方法,以及用来确认文件的数字签名方法提高安全性。此外Web 网站也会提供相应的以 PGP(Pretty Good Privacy,完美隐私) 创建的数字签名及 MD5 算法生成的散列值。

但是这些手段依然无法完全保证PGP不会被篡改,HTTP本身的可靠保证过于缺乏 。

SSL协议可以验证参与通讯的一方或双方使用的证书,校验是否是由权威的受信任的数字证书认证机构颁发,并且能执行双向身份认证。

PGP 是用来证明创建文件的数字签名,MD5 是由单向函数生成的散列值。

以上内容便是HTTP本身暴露的许多缺陷导致的信息泄漏问题,也是为什么要引入SSL/TLS 协议来强化HTTP的协议的几个理由。下面我们来聊聊SSL/TLS的历史。

SSL/TLS 历史

现在我们讨论的SSL实际上是TLS,因为SSL协议本身的各种问题早已经被废弃了,目前主流的SSL实际上使用的是TLS的协议规范。

但是因为SSL被广为流传,结合历史原因,所以依然沿用这样的说法并不会产生歧义。

接着我们得明白HTTP+ 加密 + 认证 + 完整性保护=HTTPS这个HTTPS的含义。

SSL/TLS 也是类似Cookie和Session一样,在不干扰协议本身运作的情况下对于HTTP协议本身进行保护和增强。

使用HTTPS请求之后,在浏览器输入地址的时候需要将原本的HTTP转化为HTTPS。

无论是OSI 七层模型还是TCP/IP模型,都为每个通信层的职责划分了明确的界限,HTTP是依赖TCP进行数据传输的,但是TCP为了保证单一职责和高效不会搭理HTTP的安全请求(本身也没有),他只负责数据包的收发,所以TCP是不能随便动的。而HTTP同样历史发展悠久,也难以在短时间内对于协议修订和增强。

可以看到,HTTP 是应用层协议,TCP是传输层协议,HTTP依赖TCP完成数据传输,所以 SSL/TLS 肯定是在应用层或者占据着传输层?

传输层必不可能,因为无法HTTP兼容,放到应用层这一说法其实也不完全准确。实际上SSL在TCP和HTTP的中间,类似处在两个应用的夹层里面,也就是所谓的架构难题的绝招 -- 遇事不决加一层。(因为干涉任意一层都引出更多的问题)。

中间夹层不知道为什么让我想到了《黑客帝国3》的那个车站。

明白了SSL/TLS 所处位置,我们继续了解SSL/TLS 的历史。

在许多参考资料中很多时候我们一会儿看到SSL的描述,一会儿看到TLS的描述,首先得再分清两者本身的定义。

如书中所言:

  • SSL(Secure Socket Layer,安全套接层)
  • TLS(Transport Layer Security,安全层传输协议)

看似是协议和“伪通信层”的东西两个不同的东西,实际上SSL是TLS的前身,或者说TLS出现的本意就是为了替换SSL而出现的“竞品”。

SSL最早出现,出道即拉胯。随着历史发展发现SSL总是存在这样那样的缺点被人诟病。TLS乘胜追击逐渐取代SSL,到了目前最新的版本是TLS1.3(已经有了一半左右的普及度)。

这里参考维基百科的介绍,大致介绍TLS/SSL 的历史。

SSL 1.0、2.0和3.0

  • SSL1.0 从来没有发布过,因为存在巨大的安全漏洞和隐患。
  • 2.0版本在1995年2月发布后,很快被发现包含许多安全和可用性缺陷。SSL 2.0 在 2011 年被 RFC6176 弃用。另外SSL 2.0假设只有一个服务和一个固定域证书,这与Web服务器中广泛使用的虚拟主机功能相冲突,因此大多数网站实际上都因使用SSL而受到损害。

弃用原因: - 消息认证使用 MD5 。 有安全意识的用户已经不再使用 MD5 [RFC6151]。 - 握手消息不受保护。

  • 消息完整性和消息加密使用相同的密钥,即如果客户端和服务器协商弱加密,则会出现问题。
  • 会话可以轻松终止。 中间人可以轻松插入 TCP FIN 关闭会话,对端无法确定这是否是会话的合法结束。
  • SSL版本3.0.17 15 1996年发布,它由Paul Kocher与Netscape工程师Phil Karlton和Alan Freier合作制作,并由Christopher Allen和Tim Dierks设计的Consension Development参考实现。
  • 2014年,SSL 3.0被发现容易受到影响SSL中所有块密码的POODLE攻击。RC4 是 SSL 3.0 支持的唯一非块密码,在 SSL 3.0.18 SSL 3.0 中使用时也可能被破解。
  • RFC 7568 - Deprecating Secure Sockets Layer Version 3.0 (ietf.org)2015 年 6 月弃用SSL3。

所以SSL1.0到3.0都是比较坑的玩意儿,难怪会全面转向TLS,在2018年,谷歌、微软、苹果同时声明废弃TLS1.1、TLS1.0的使用,目前有99% 的服务器支持 TLS 1.2,基本已经完成TLS全面普及。

TLS

TLS 并不是在SSL出现问题之后才出现的,而是在SSL3.0出现之后开始修订。

  • 增加了对密码块链接 (CBC) 攻击的保护。
  • 隐式初始化向量 (IV) 被显式 IV 取代。
  • 更改填充错误的处理方式。支持 IANA 参数注册。
  • TLS 1.2 于 2008 年 8 月在 RFC5246 中定义。它基于TLS1.1 进行了下面的升级。
  • 伪随机函数 (PRF) 中的 MD5–SHA-1 SHA-256 取代,并带有使用密码套件指定 PRF 的选项。
  • 完成的消息哈希中的 MD5–SHA-1 函数被 SHA-256 替换,并带有使用特定于密码套件的哈希算法的选项。但是完成的消息中的哈希大小仍限制必须至少为 96 位。
  • 数字签名元素中的 MD5–SHA-1 被替换为握手期间协商的单个哈希,默认为 SHA-1
  • 增强了客户端和服务器指定它们接受哪些哈希和签名算法的能力。
  • 扩展了对经过身份验证的加密密码的支持,主要用于高级加密标准 (AES) 加密的伽罗瓦/计数器模式 (GCM) 和 CCM 模式。
  • 将密钥协议和身份验证算法与密码套件分离。
  • 删除对弱椭圆曲线和较少使用的命名椭圆曲线的支持。
  • 删除对 MD5SHA-224 加密哈希函数的支持。
  • 即使使用以前的配置,也需要数字签名。
  • 整合HKDF及半瞬时DH建议。
  • 用 PSK 和门票替换恢复。
  • 支持 1-RTT 握手和对 0-RTT 的初始支持。(和 QUIC 有关)。
  • 通过在 (EC)DH 密钥协议期间使用临时密钥来强制实现完全的前向保密。
  • 放弃对许多不安全或过时功能的支持,包括压缩、重新协商、非 AEAD 密码、非 PFS 密钥交换(其中包括静态 RSA 和静态 DH 密钥交换)、自定义 DHE 组、EC 点格式协商、更改密码规范协议、Hello 消息 UNIX 时间以及长度字段 AD 输入到 AEAD 密码。
  • 禁止 SSL 或 RC4 协商以实现向后兼容性。
  • 集成会话哈希的使用。
  • 弃用记录层版本号并冻结该编号以提高向后兼容性。
  • 将一些与安全相关的算法详细信息从附录移动到规范,并将 ClientKeyShare 降级到附录。
  • 添加带有 Poly1305 消息身份验证代码的 ChaCha20 流密码。
  • 添加 Ed25519 和 Ed448 数字签名算法。
  • 添加 x25519 和 x448 密钥交换协议。
  • 添加对发送多个 OCSP 响应的支持。
  • 加密服务器后的所有握手消息。

许多材料会把TLS/SSL 的SSL放在后面,目的是考虑TLS是目前的主流,放在前面是较为合适的。

所以用现在的眼光看其实SSL早就已经被禁止了,目前主流的HTTP加密传输是基于TLS实现的。此外维基百科上有几张图介绍TLS对比SSL的优势,可以较为直观展示两者的优缺点。

算法

密码

数据完整性

网站支持

此外,根据2022年的数据显示,TLS1.3 的覆盖率和 HTTP2.0差不多,但是TLS1.2 经过这几年普及基本全方位支持。

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