作者 | 江文賓上海控安可信軟件創(chuàng)新研究院 鑒源實驗室

01

背 景

在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化日益發(fā)展的今天，信息安全成為了我們不得不重視的問題。伴隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)攻擊的方式也越來越多樣化、復(fù)雜化。作為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的重要武器，HTTPS（超文本傳輸安全協(xié)議）的使用日益廣泛，它為我們網(wǎng)上的身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)交換提供了一道隱形的保護(hù)屏障。本文旨在深入解析HTTPS的工作原理、安全性以及其在網(wǎng)絡(luò)安全中的重要性。

02

HTTP的安全缺陷

HTTP協(xié)議[1]是一種無狀態(tài)的、應(yīng)用層的協(xié)議，它本身并不提供任何安全機(jī)制。HTTP協(xié)議的安全缺陷主要來自于以下幾個方面：

1. 明文傳輸：HTTP協(xié)議以明文形式傳輸數(shù)據(jù)，這意味著數(shù)據(jù)在傳輸過程中可以被任何第三方攔截和讀取，容易遭受中間人攻擊，這包括用戶名、密碼、信用卡信息等敏感數(shù)據(jù)。若網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽和數(shù)據(jù)篡改，用戶隱私和數(shù)據(jù)完整性無法得到保障。

2. 無身份驗證：HTTP協(xié)議本身不提供任何身份驗證機(jī)制。這意味著任何用戶都可以發(fā)送HTTP請求，包括惡意用戶。這可能導(dǎo)致未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問或篡改。

3. 無完整性檢查：HTTP協(xié)議不提供任何完整性檢查機(jī)制。這意味著攻擊者可以攔截HTTP請求和響應(yīng)，并修改其中的內(nèi)容，而服務(wù)器端無法檢測到這些修改。

為了解決HTTP協(xié)議在數(shù)據(jù)通信過程中帶來的安全風(fēng)險，HTTPS就出現(xiàn)了。

03

HTTPS的發(fā)展

HTTPS（Hyper Text Transfer Protocol Secure）[2]不是一種新的協(xié)議，而是HTTP協(xié)議的安全版本，它通過在HTTP的基礎(chǔ)上加入SSL/TLS協(xié)議[3]，用來為數(shù)據(jù)傳輸做加密，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

HTTPS的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)90年代，當(dāng)時互聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域正面臨著一系列的挑戰(zhàn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，越來越多的敏感信息（如用戶名、密碼、信用卡信息等）通過HTTP協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，這給網(wǎng)絡(luò)安全帶來了巨大的風(fēng)險。為了解決這個問題，SSL協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。

SSL（Secure Sockets Layer，安全套接字層）[4]協(xié)議是一種用于在互聯(lián)網(wǎng)上提供安全通信的加密協(xié)議。它最初由網(wǎng)景公司開發(fā)，用于保護(hù)網(wǎng)頁瀏覽器的安全連接。SSL協(xié)議通過加密數(shù)據(jù)、驗證身份和確保數(shù)據(jù)完整性來保護(hù)用戶和服務(wù)器之間的通信，為數(shù)據(jù)傳輸提供了安全保障，廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)、銀行、在線支付等領(lǐng)域。

隨著SSL2.0和SSL3.0的發(fā)布，一些安全問題也暴露出來，如“心臟出血”漏洞，這使得SSL協(xié)議的安全性受到了質(zhì)疑。

為了解決這些問題，IETF（Internet Engineering Task Force）組織在1999年發(fā)布了TLS（Transport Layer Security）協(xié)議[5]，TLS協(xié)議是SSL協(xié)議的后續(xù)版本，提供了更加強(qiáng)大的安全性、更加完善的協(xié)議規(guī)范、改進(jìn)了性能以及增加了兼容性。TLS協(xié)議在SSL協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，修復(fù)了SSL協(xié)議的一些安全漏洞，并引入了一些新的安全特性。

隨著TLS協(xié)議的普及，HTTP協(xié)議的安全版本HTTPS（HTTP Secure）也逐漸發(fā)展起來。HTTPS通過在HTTP協(xié)議下加入TLS協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供了加密、身份驗證和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)，從而解決了HTTP協(xié)議的安全問題。

時至今日，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和安全需求的變化，HTTPS還在不斷的發(fā)展和迭代，新的TSL版本也在更新。

04

HTTPS工作流程

HTTPS請求的結(jié)構(gòu)與HTTP請求的結(jié)構(gòu)類似，但是在HTTP請求的基礎(chǔ)上增加了SSL/TLS協(xié)議進(jìn)行工作，協(xié)議的工作流程包括：握手、加密傳輸和連接結(jié)束三個階段。

1. 握手階段：當(dāng)用戶的瀏覽器嘗試向服務(wù)器建立HTTPS連接時，瀏覽器和服務(wù)器之間會進(jìn)行一次“握手”。在這個過程中，服務(wù)器會向瀏覽器提供其SSL/TLS證書，證書中包含了服務(wù)器的公鑰、域名等信息。瀏覽器會檢查證書的有效期、頒發(fā)機(jī)構(gòu)、域名等，確保連接的服務(wù)器是可信任的后，使用收到的公鑰加密生成一個“會話密鑰”，并將其發(fā)送給服務(wù)器。

2. 加密傳輸階段：服務(wù)器用自己的私鑰解密接收到的“會話密鑰”，然后雙方使用這個密鑰對交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。這樣，即使數(shù)據(jù)在傳輸過程中被第三方截獲，沒有密鑰也無法解密數(shù)據(jù)內(nèi)容。

3. 連接結(jié)束階段：當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，客戶端和服務(wù)器會交換關(guān)閉消息，以確認(rèn)連接被安全地關(guān)閉。連接關(guān)閉后即便是會話密鑰被泄露，也不會對已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)構(gòu)成威脅。

05

HTTPS的安全特性

HTTPS之所以安全，主要得益于以下幾個關(guān)鍵特性：[6]

1. 加密通信：HTTPS使用SSL（安全套接字層）或TLS（傳輸層安全）協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。這意味著在客戶端和服務(wù)器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被加密，只有擁有正確密鑰的人才能解密和讀取這些數(shù)據(jù)。這有效防止了數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊聽或篡改。

2. 身份驗證：HTTPS通過數(shù)字證書來驗證服務(wù)器的身份。這些證書由受信任的證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)（CA）簽發(fā)，確保用戶連接的是正確的服務(wù)器，而不是一個冒名頂替的服務(wù)器。此外，HTTPS還支持客戶端身份驗證，即服務(wù)器可以要求客戶端提供證書，以驗證客戶端的身份。例如，當(dāng)用戶訪問一個知名電商網(wǎng)站時，瀏覽器會檢查該網(wǎng)站的SSL證書，如果證書由知名的CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)且未被篡改，用戶就可以放心地進(jìn)行購物操作，因為這表明網(wǎng)站是經(jīng)過認(rèn)證的合法實體。

3. 完整性保護(hù)：HTTPS通過使用哈希函數(shù)來確保數(shù)據(jù)的完整性。這意味著即使數(shù)據(jù)在傳輸過程中被篡改，接收方也可以通過比較哈希值來檢測到數(shù)據(jù)是否被篡改。

4. 防止中間人攻擊：由于HTTPS使用加密和身份驗證機(jī)制，攻擊者很難在客戶端和服務(wù)器之間插手，從而進(jìn)行中間人攻擊。這種攻擊通常涉及攻擊者攔截和修改通信數(shù)據(jù)。

06

更多優(yōu)勢

1. 支持HTTP/2.0協(xié)議[7]：新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議HTTP/2.0對HTTPS提供了更好的支持，使得網(wǎng)站在使用HTTPS的同時能夠獲得性能優(yōu)化。HTTP/2.0通過多路復(fù)用、服務(wù)器推送等技術(shù)，減少了網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了頁面加載速度和用戶體驗，進(jìn)一步增強(qiáng)了HTTPS網(wǎng)站的競爭力。

一個HTTPS網(wǎng)站能夠同時發(fā)送多個請求和響應(yīng)，而不會像傳統(tǒng)的HTTP/1.1那樣需要依次等待。這使得網(wǎng)頁中的圖片、腳本等資源能夠更快地加載，用戶可以更快地看到完整的網(wǎng)頁內(nèi)容，提升了用戶對網(wǎng)站的滿意度和忠誠度。

2. 增強(qiáng)用戶信任：大多數(shù)瀏覽器都會在HTTPS的網(wǎng)址上顯示一個綠色鎖標(biāo)志，通常在瀏覽器地址欄的左側(cè)，這表示該網(wǎng)址使用了SSL/TLS協(xié)議，并且連接是安全的，促使用戶更愿意在網(wǎng)站上進(jìn)行交易和分享個人信息。

3. 提升搜索引擎排名：搜索引擎如Google將HTTPS作為搜索排名的一個重要因素，因為搜索引擎傾向于推薦安全、可靠的網(wǎng)站給用戶，從而鼓勵更多網(wǎng)站采用HTTPS，提升整個互聯(lián)網(wǎng)的安全水平。采用HTTPS的網(wǎng)站在搜索結(jié)果中更有可能獲得較高的排名，從而提高網(wǎng)站的可見度和用戶訪問量，為企業(yè)帶來更多的潛在客戶和業(yè)務(wù)機(jī)會。

07

HTTPS的局限性

事實上并不是使用了HTTPS就可以高枕無憂了，目前仍然存在一些安全風(fēng)險。

1. 端點(diǎn)安全問題：HTTPS僅保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，無法解決終端設(shè)備的安全問題。如果用戶的電腦或移動設(shè)備感染惡意軟件，即使通信過程中進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸加密，黑客仍可在終端解密數(shù)據(jù)后進(jìn)行竊取或篡改。

2. 證書問題：SSL/TLS證書的安全性高度依賴于證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)（CA）的可信度和操作安全。如果CA機(jī)構(gòu)遭受攻擊或誤發(fā)證書，攻擊者可能會利用這些不當(dāng)證書實施中間人攻擊，使HTTPS的安全防護(hù)失效。

3. 中間設(shè)備的風(fēng)險：企業(yè)和組織內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如防火墻和代理服務(wù)器，有時會對SSL/TLS進(jìn)行檢查和過濾。這一過程可能會削弱SSL/TLS加密，增加數(shù)據(jù)被攻擊的風(fēng)險，導(dǎo)致HTTPS的安全性降低。

08

結(jié) 語

綜上所述，雖然HTTPS無法解決所有網(wǎng)絡(luò)安全問題，但它確實是我們維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全的重要工具。使用HTTPS，我們至少可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被輕易竊取或篡改。

上海控安針對工控通信系統(tǒng)中存在的網(wǎng)絡(luò)安全隱患和漏洞，推出面向工控系統(tǒng)協(xié)議、應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)核等全類型軟件對象的自動化智能黑盒模糊測試工具——SmartRocket TestSec自動化智能模糊滲透測試工具，可針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件進(jìn)行自動化智能黑盒模糊滲透測試，對通信協(xié)議、基礎(chǔ)軟件進(jìn)行各種模糊攻擊、滲透攻擊及安全功能驗證。以HTTP模糊測試為例，TestSec提供多種模糊策略及報文字段變異器，對HTTP請求結(jié)構(gòu)自上而下的全方位測試（包括URL、版本、請求方式、請求頭和請求體），支持HTTP互操作性測試，可配置多種侵入式和非侵入式監(jiān)控套件，結(jié)合被測對象的響應(yīng)判斷當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)并獲取模糊測試效果信息從而生成模糊報文。對此測試生成交互報文和模糊測試報告，并檢測測試過程中生成的所有缺陷和漏洞。不僅如此，用戶還可根據(jù)已有協(xié)議模板或規(guī)則進(jìn)行新增和定制，滿足模糊測試的可行性深度需求。從軟件層面到協(xié)議層面，全方位保障高安全領(lǐng)域軟件系統(tǒng)的穩(wěn)健運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)安全是一場沒有終點(diǎn)的賽跑，我們需要不斷更新知識、加強(qiáng)防護(hù)，并采取全方位的安全措施來保護(hù)我們的數(shù)字生活。

此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我們也應(yīng)該關(guān)注新的安全技術(shù)和趨勢，更要關(guān)注新型攻擊方式的出現(xiàn)。同時，作為用戶，我們也應(yīng)該提升個人的信息安全意識，譬如定期更換復(fù)雜密碼、避免在不安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下登錄敏感賬戶、及時更新操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等，只有這樣，才能在數(shù)字化世界中更安心地生活和工作。

當(dāng)然，對于企業(yè)和網(wǎng)站管理員而言，持續(xù)的安全評估、嚴(yán)格的安全策略實施、合理的安全架構(gòu)設(shè)計同樣不可或缺。只有通過不懈的努力和全面的安全策略，我們才能構(gòu)建一個更加安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

1. Gourley D, Totty B. HTTP: the definitive guide[M]. " O'Reilly Media, Inc.", 2002.

2.Roy T. Fielding, Julian F. Reschke, Mike Nottingham. HTTP Semantics[R]. RFC 9110, 2022.

3.張晗卓, 張中偉. 基于HTTP協(xié)議的信息安全研究[J]. 計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò), 2019, 17.

4.Freier A, Karlton P, Kocher P. The SSL Protocol: Version 3.0[M]. Internet Draft, 1996.

5.Dierks T, Rescorla E. The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2[R]. RFC 5246, 2008.

6.Rescorla E. HTTP Over TLS[R]. RFC 2818, 2000.

7.ansfer Protocol Version 2 (HTTP/2)[R]. RFC 7540, 2015.

審核編輯 黃宇