HTTPS系列干货（一）：HTTPS 原理详解 - 知乎 (zhihu.com)
HTTP 是什么
HTTP 是超文本传输协议
HTTP 与 HTTPS 有哪些区别？
- HTTP 是超文本传输协议，信息是明文传输，存在安全风险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷，在 TCP 和 HTTP 网络层之间加入了 SSL/TLS 安全协议，使得报文能够加密传输。
- HTTP 连接建立相对简单， TCP 三次握手之后便可进行 HTTP 的报文传输。而 HTTPS 在 TCP 三次握手之后，还需进行 SSL/TLS 的握手过程，才可进入加密报文传输。
- 两者的默认端口不一样，HTTP 默认端口号是 80，HTTPS 默认端口号是 443。
- HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。
HTTPS 是如何保证通信是安全的？
- 混合加密的方式实现信息的机密性，解决了窃听的风险。
- 摘要算法的方式来实现完整性，它能够为数据生成独一无二的「指纹」，指纹用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
- 将服务器公钥放入到数字证书中，解决了冒充的风险。
HTTPS 是如何建立连接的？TLS 握手概述？
SSL/TLS 协议基本流程：
- 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
- 双方协商生产「会话秘钥」。
- 双方采用「会话秘钥」进行加密通信。
前两步也就是 TLS 握手阶段。TLS 的「握手阶段」涉及四次通信，使用不同的密钥交换算法，TLS 握手流程也会不一样的，现在常用的密钥交换算法有两种：RSA 算法 (opens new window)和 ECDHE 算法 (opens new window)。
基于 RSA 算法的 TLS 握手过程：
ClientHello：
由客户端向服务器发起加密通信请求
客户端主要向服务器发送：
- 协议版本
- 用于 「会话秘钥」条件之一的随机数（
Client Random） - 密码套件列表
SeverHello：
服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应
回应的内容有：
- 确认 TLS 协议版本
- 「会话秘钥」条件之一的随机数（
Server Random） - 确认的密码套件列表
- 服务器的CA数字证书
客户端回应：
客户端收到服务器的回应之后，首先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥，确认服务器的数字证书的真实性。
如果证书没有问题，客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，并发送如下信息：
- 一个随机数（
pre-master key） - 加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
- 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。 同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供服务端校验。服务器和客户端有了三个随机数（Client Random、Server Random、pre-master key），接着就用双方协商的加密算法，各自生成本次通信的「会话秘钥」。
服务器的最后回应：
服务器收到客户端的第三个随机数（pre-master key）之后，通过协商的加密算法，计算出本次通信的 「会话秘钥」。
然后，向客户端发送最后的信息：
- 加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
- 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供客户端校验。
整个 TLS 的握手阶段全部结束
户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用 「会话秘钥」 加密内容。
客户端校验数字证书的流程是怎样的？
CA 签发证书的过程，如上图左边部分：
- 首先 CA 会把持有者的公钥、用途、颁发者、有效时间等信息打成一个包，然后对这些信息进行 Hash 计算，得到一个 Hash 值；
- 然后 CA 会使用自己的私钥将该 Hash 值加密，生成 Certificate Signature，也就是 CA 对证书做了签名；
- 最后将 Certificate Signature 添加在文件证书上，形成数字证书；
客户端校验服务端的数字证书的过程，如上图右边部分：
- 首先客户端会使用同样的 Hash 算法获取该证书的 Hash 值 H1；
- 通常浏览器和操作系统中集成了 CA 的公钥信息，浏览器收到证书后可以使用 CA 的公钥解密 Certificate Signature 内容，得到一个 Hash 值 H2 ；
- 最后比较 H1 和 H2，如果值相同，则为可信赖的证书，否则则认为证书不可信。
证书信任链的问题
向 CA 申请的证书一般不是根证书签发的，而是由中间证书签发的。这是为了确保根证书的绝对安全性，将根证书隔离地越严格越好，不然根证书如果失守了，那么整个信任链都会有问题。
HTTPS 的应用数据是如何保证完整性的？
TLS 在实现上分为握手协议和记录协议两层：
- TLS 握手协议就是我们前面说的 TLS 四次握手的过程，负责协商加密算法和生成对称密钥，后续用此密钥来保护应用程序数据（即 HTTP 数据）；
- TLS 记录协议负责保护应用程序数据并验证其完整性和来源，所以对 HTTP 数据加密是使用记录协议；
TLS 记录协议主要负责消息（HTTP 数据）的压缩，加密及数据的认证
HTTP 常见到版本有 HTTP/1.1，HTTP/2.0，HTTP/3.0，不同版本的 HTTP 特性是不一样的。
HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3 演变
HTTP/1.1 的优点有哪些？
1.简单： HTTP 基本的报文格式就是 header + body，头部信息也是 key-value 简单文本的形式。
2.灵活和易于扩展： HTTP 协议里的各类请求方法、URI/URL、状态码、头字段等每个组成要求都没有被固定死，都允许开发人员自定义和扩充。
同时 HTTP 由于是工作在应用层（ OSI 第七层），则它下层可以随意变化，
- 比如：HTTPS 就是在 HTTP 与 TCP 层之间增加了 SSL/TLS 安全传输层；
- HTTP/1.1 和 HTTP/2.0 传输协议使用的是 TCP 协议，而到了 HTTP/3.0 传输协议改用了 UDP 协议。
HTTP/1.1 的缺点有哪些？
无状态：
无状态的好处，因为服务器不会去记忆 HTTP 的状态，所以不需要额外的资源来记录状态信息，这能减轻服务器的负担，能够把更多的 CPU 和内存用来对外提供服务。
无状态的坏处，既然服务器没有记忆能力，它在完成有关联性的操作时会非常麻烦。
明文传输：不安全
HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能？
- 使用长连接的方式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
- 支持管道（pipeline）网络传输，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。
但 HTTP/1.1 还是有性能瓶颈：
- 请求 / 响应头部（Header）未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大。只能压缩
Body的部分； - 发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多；
- 服务器是按请求的顺序响应的，如果服务器响应慢，会招致客户端一直请求不到数据，也就是队头阻塞；
- 没有请求优先级控制；
- 请求只能从客户端开始，服务器只能被动响应。
HTTP/2 做了什么优化？
1.头部压缩
如果同时发出多个请求，他们的头部是一样的或是相似的，那么，协议会帮你消除重复的部分。
2.二进制格式
全面采用了二进制格式，头信息和数据体都是二进制，并且统称为帧（frame）：头信息帧（Headers Frame）和数据帧（Data Frame），这增加了数据传输的效率。
3.并发传输
充分利用了 TCP连接， 实现并行交错地发送请求和响应。
针对不同的 HTTP 请求用唯一的 Stream ID 来区分，接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息，不同 Stream 的帧是可以乱序发送的，因此可以并发不同的 Stream ，也就是 HTTP/2 可以并行交错地发送请求和响应。
4.服务器主动推送资源
HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式，服务端不再是被动地响应，可以主动向客户端发送消息。
HTTP/2 有什么缺陷？
todo
HTTP/3
- 基于QUIC协议：
- HTTP/3 是基于 QUIC（Quick UDP Internet Connections）协议的。QUIC 是一个基于 UDP 的协议，旨在提供更低的连接建立延迟和更好的性能，特别是在不稳定的网络环境中。
- 多路复用：
- HTTP/3 支持多路复用，这意味着它允许在单个连接上同时传输多个请求和响应，而无需按顺序等待。这有助于减少网络延迟，提高性能。
- 头部压缩：
- 类似于 HTTP/2，HTTP/3 也支持头部压缩，以减小传输的数据量。这有助于减少网络带宽的使用。
- 0-RTT支持：
- HTTP/3 支持 0-RTT（Zero Round Trip Time）连接，允许客户端在不进行完整握手的情况下发送数据。这有助于降低连接建立的延迟。
- 更好的流量控制：
- HTTP/3 提供了更先进的流量控制机制，以更有效地管理数据流的传输，避免过度拥塞。
- 更好的安全性：
- HTTP/3 的底层协议 QUIC 具有内置的加密，因此提供更好的安全性。这有助于防止一些传统的网络攻击，如中间人攻击。
- 适应性：
- HTTP/3 的设计考虑了现代网络环境的特点，例如移动网络和不稳定的连接，以提供更好的适应性。
- 部署挑战：
- 尽管 HTTP/3 带来了许多优势，但由于其基于 QUIC，需要底层支持 QUIC 的网络基础设施。这也导致了在全球范围内广泛部署 HTTP/3 的一些挑战。
总体而言，HTTP/3 通过引入 QUIC 协议，支持多路复用、头部压缩、0-RTT连接等特性，旨在提供更快、更安全的 Web 数据传输体验。
