HTTPS和HTTP的区别与联系

HTTP 基础

HTTP，即超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol），是用于在 Web 上传输数据的应用层协议。它于 1989 年由蒂姆·伯纳斯 - 李（Tim Berners - Lee）发明，最初设计用于在服务器和客户端（如浏览器）之间传输 HTML 文档。

HTTP 工作原理

HTTP 基于请求 - 响应模型。客户端（如浏览器）向服务器发送一个 HTTP 请求，服务器处理该请求并返回一个 HTTP 响应。例如，当用户在浏览器中输入一个网址并回车时，浏览器会构建一个 HTTP 请求，向服务器请求对应的资源（如网页、图片等）。服务器接收到请求后，查找并返回相应的资源。

HTTP 请求由三部分组成：请求行、请求头和请求体。请求行包含请求方法（如 GET、POST 等）、请求的资源路径和使用的 HTTP 版本。请求头则包含关于请求的元信息，如客户端类型、接受的数据类型等。请求体在一些请求方法（如 POST）中用于传输数据。

以下是一个简单的使用 Python 的 requests 库发送 HTTP GET 请求的示例代码：

import requests

response = requests.get('http://example.com')
print(response.text)

在这个示例中，requests.get 方法发送了一个 GET 请求到 http://example.com，并将服务器返回的响应内容（通常是网页的 HTML 内容）打印出来。

HTTP 响应同样由三部分组成：状态行、响应头和响应体。状态行包含 HTTP 版本、状态码和状态描述，用于告知客户端请求的处理结果。响应头包含关于响应的元信息，如内容类型、服务器信息等。响应体则是服务器返回的实际数据，如网页的 HTML 内容、图片数据等。

HTTP 协议版本

1. HTTP/1.0：这是 HTTP 的第一个广泛使用的版本。它每次请求 - 响应都需要建立和关闭一次 TCP 连接，这在频繁请求时效率较低，因为建立和关闭 TCP 连接开销较大。
2. HTTP/1.1：为了解决 HTTP/1.0 的性能问题，HTTP/1.1 引入了持久连接（persistent connection），即可以在一次 TCP 连接中进行多个请求 - 响应操作，减少了连接建立和关闭的开销。同时，它还支持分块传输编码（chunked transfer encoding），允许服务器在数据未完全准备好时就开始发送，提高了传输效率。
3. HTTP/2：HTTP/2 对性能进行了进一步优化。它采用二进制格式而非文本格式传输数据，提高了数据解析效率。同时，引入了多路复用（multiplexing），允许在一个 TCP 连接中同时进行多个请求和响应，避免了队头阻塞（Head - of - line blocking）问题。此外，HTTP/2 还支持服务器推送（server - push），服务器可以主动向客户端推送资源，提前为客户端准备好可能需要的资源。

HTTPS 基础

HTTPS，即超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure），是在 HTTP 的基础上通过加入 SSL/TLS 协议层来提供加密传输和身份认证的协议。

SSL/TLS 协议

SSL（Secure Sockets Layer）最初由网景公司（Netscape）开发，后来演变为 TLS（Transport Layer Security）。TLS 是 SSL 的继任者，目前广泛使用的是 TLS 1.2 和 TLS 1.3 版本。

TLS 协议分为两层：TLS 记录协议（TLS Record Protocol）和 TLS 握手协议（TLS Handshake Protocol）。

1. TLS 记录协议：负责对传输的数据进行加密、压缩（可选）和完整性保护。它将应用层数据分割成合适的块，然后进行加密和添加 MAC（Message Authentication Code，消息认证码）。接收方则进行相反的操作，解密数据并验证 MAC 以确保数据的完整性。
2. TLS 握手协议：在数据传输之前，客户端和服务器通过握手协议协商加密算法、交换密钥等。握手过程如下：
   • 客户端问候（ClientHello）：客户端向服务器发送一个问候消息，包含客户端支持的 TLS 版本、加密套件（cipher suites）列表等信息。
   • 服务器问候（ServerHello）：服务器从客户端支持的版本和加密套件中选择合适的选项，并返回给客户端。同时，服务器还会发送自己的数字证书（包含公钥等信息）。
   • 客户端验证证书并生成预主密钥（Pre - master secret）：客户端验证服务器证书的合法性，如证书是否由受信任的证书颁发机构（CA，Certificate Authority）签发、证书是否过期等。验证通过后，客户端生成一个预主密钥，并使用服务器证书中的公钥加密后发送给服务器。
   • 服务器解密预主密钥：服务器使用自己的私钥解密客户端发送的预主密钥。
   • 生成会话密钥：客户端和服务器根据预主密钥以及握手过程中的一些信息（如随机数）生成会话密钥，用于后续数据传输的加密和解密。
   • 握手完成：双方发送握手完成消息，开始使用会话密钥进行数据传输。

HTTPS 工作原理

HTTPS 在 HTTP 的基础上，通过 SSL/TLS 协议对数据进行加密传输。当客户端请求一个 HTTPS 网址时，客户端和服务器之间先进行 TLS 握手，协商好加密算法和密钥后，再进行 HTTP 数据的传输。传输过程中，数据被加密，即使被第三方截获，也无法轻易解密获取内容。

以下是使用 Python 的 requests 库发送 HTTPS 请求的示例代码：

import requests

response = requests.get('https://example.com')
print(response.text)

与 HTTP 请求类似，只是网址使用了 https 协议。requests 库会自动处理 HTTPS 连接的建立和加密通信。

HTTP 与 HTTPS 的联系

1. 应用层协议：HTTP 和 HTTPS 本质上都是应用层协议，都用于在客户端和服务器之间传输数据。HTTPS 是在 HTTP 的基础上构建的，保留了 HTTP 的大部分语义和操作方式，如请求 - 响应模型、请求方法（GET、POST 等）、状态码等。
2. 基于 TCP/IP 协议栈：两者都依赖于传输层的 TCP 协议来建立可靠的连接进行数据传输。在网络层，它们都使用 IP 协议进行寻址。HTTP 和 HTTPS 数据包最终都需要通过 TCP/IP 协议栈进行封装和传输。

HTTP 与 HTTPS 的区别

1. 安全性
   • 数据加密：HTTP 传输的数据是明文的，在传输过程中容易被第三方截获并读取内容，存在信息泄露的风险。例如，用户在 HTTP 网站上输入的用户名、密码等敏感信息可能被窃取。而 HTTPS 使用 SSL/TLS 协议对数据进行加密，即使数据被截获，没有正确的密钥也无法解密获取内容，保证了数据的保密性。
   • 身份认证：HTTP 协议本身不提供身份认证机制，客户端无法确认所连接的服务器是否是真实的目标服务器，容易遭受中间人攻击（Man - in - the - Middle Attack，MITM）。例如，攻击者可以搭建一个假冒的服务器，拦截用户请求并返回伪造的内容。HTTPS 通过服务器的数字证书进行身份认证，客户端可以验证服务器证书的合法性，确认所连接的服务器是真实可信的。
   • 数据完整性：HTTP 没有对传输的数据进行完整性保护，数据在传输过程中可能被篡改而不被察觉。HTTPS 使用 MAC 对传输的数据进行完整性校验，接收方可以验证数据在传输过程中是否被篡改。
2. 性能
   • 连接建立开销：HTTP 直接在 TCP 连接上进行数据传输，连接建立开销较小。而 HTTPS 在建立 TCP 连接后，还需要进行 TLS 握手，协商加密算法、交换密钥等操作，这增加了连接建立的时间和开销。尤其是在移动网络等网络条件较差的环境下，HTTPS 的连接建立延迟可能更为明显。
   • 数据传输效率：由于 HTTPS 对数据进行加密和解密操作，这需要消耗更多的 CPU 和内存资源。加密和解密过程会增加数据处理的时间，在高并发场景下，可能会对服务器的性能产生一定影响。不过，随着硬件性能的提升和加密算法的优化，这种性能影响在大多数情况下已经可以接受。
3. 部署成本
   • 证书费用：使用 HTTPS 需要购买服务器证书，证书的价格因证书类型（如域名验证型 DV、组织验证型 OV、扩展验证型 EV）和证书颁发机构而异。一些知名的 CA 颁发的证书价格相对较高，这增加了网站运营的成本。虽然也有一些免费的证书（如 Let's Encrypt 提供的证书），但在某些场景下，如对安全性要求极高的企业级应用，可能更倾向于购买商业证书。
   • 服务器配置：部署 HTTPS 需要对服务器进行额外的配置，如配置 SSL/TLS 协议相关参数、设置证书路径等。相比 HTTP 的简单配置，HTTPS 的配置更为复杂，需要一定的技术知识和经验。同时，为了应对 HTTPS 带来的性能开销，可能需要对服务器硬件进行升级或采用一些优化措施，这也增加了部署成本。
4. 端口
   • HTTP 默认使用端口 80，当客户端请求一个 HTTP 网址时，如果没有指定端口，浏览器会自动使用 80 端口与服务器建立连接。
   • HTTPS 默认使用端口 443，同样，当请求一个 HTTPS 网址时，浏览器会自动使用 443 端口进行连接。

实际应用中的选择

1. 普通内容展示网站：对于一些只提供公开内容展示，不涉及用户敏感信息（如新闻资讯网站、博客等）的网站，在安全性要求不是特别高的情况下，可以选择使用 HTTP。这样可以减少证书费用和服务器性能开销，降低运营成本。不过，随着用户对隐私和安全的关注度不断提高，越来越多的这类网站也开始逐渐迁移到 HTTPS。
2. 涉及用户敏感信息的网站：对于电商网站、银行网站、社交平台等涉及用户账号密码、支付信息等敏感数据的网站，必须使用 HTTPS。确保用户数据的安全是这类网站的首要任务，即使 HTTPS 会带来一定的性能和成本问题，也不能妥协。
3. 搜索引擎优化（SEO）：搜索引擎（如 Google）倾向于优先展示使用 HTTPS 的网站，将 HTTPS 作为一个重要的排名因素。因此，从 SEO 的角度考虑，使用 HTTPS 有助于提高网站在搜索引擎中的排名，吸引更多流量。这也是很多网站选择迁移到 HTTPS 的一个重要原因。

实现 HTTPS 的常见方式

1. 使用 Web 服务器配置：常见的 Web 服务器如 Apache 和 Nginx 都支持 HTTPS 配置。以 Nginx 为例，配置 HTTPS 主要包括以下步骤：
   • 获取证书：可以从证书颁发机构购买证书，或者使用 Let's Encrypt 等免费证书颁发机构获取证书。获取的证书通常包括公钥证书文件（如 example.com.crt）和私钥文件（如 example.com.key）。
   • 配置 Nginx：在 Nginx 的配置文件中添加 HTTPS 服务器块，示例如下：

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    ssl_certificate /path/to/example.com.crt;
    ssl_certificate_key /path/to/example.com.key;

    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;

    location / {
        # 其他配置
    }
}

在这个配置中，listen 443 ssl 表示监听 443 端口并启用 SSL 协议。ssl_certificate 和 ssl_certificate_key 分别指定证书文件和私钥文件的路径。ssl_protocols 和 ssl_ciphers 配置允许使用的 TLS 协议版本和加密套件。 2. 使用云服务提供商：许多云服务提供商（如阿里云、腾讯云、AWS 等）提供了简单的方式来配置 HTTPS。例如，在阿里云的 ECS 服务器上，可以通过控制台快速上传证书并配置 HTTPS 服务。同时，云服务提供商通常还提供一些安全相关的功能，如 DDoS 防护等，有助于保障网站的安全。 3. 使用反向代理服务器：除了直接在 Web 服务器上配置 HTTPS，还可以使用反向代理服务器（如 HAProxy）来实现 HTTPS 功能。反向代理服务器接收客户端的 HTTPS 请求，进行解密后转发给后端的 Web 服务器，后端服务器可以继续使用 HTTP 进行通信。这种方式可以将 HTTPS 的处理集中在反向代理服务器上，简化后端服务器的配置，同时也可以提供一些额外的功能，如负载均衡等。

总结

HTTP 和 HTTPS 作为 Web 应用中常用的协议，各有其特点和适用场景。HTTP 简单高效，适用于对安全性要求不高的场景；而 HTTPS 则通过加密和身份认证提供了更高的安全性，适用于处理敏感信息的场景。随着互联网安全意识的不断提高和技术的发展，HTTPS 的应用越来越广泛。在实际开发和部署中，需要根据具体需求权衡安全性、性能和成本等因素，选择合适的协议来构建安全、高效的 Web 应用。无论是使用 HTTP 还是 HTTPS，都需要关注网络安全，采取相应的措施来保护用户数据和网站的正常运行。同时，随着网络技术的不断演进，如 HTTP/3 的逐渐普及，未来的网络通信协议将在安全性和性能方面不断优化，为用户提供更好的体验。