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大型网站的HTTPS实践(1):HTTPS协议和原理

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百度于2015年完成全站HTTPS改造,此举标志着大型网站在网络安全领域的重大实践。本文将深入剖析HTTPS协议的核心原理,并结合百度的实践经验,探讨全站HTTPS部署的技术细节与实际意义。

前言

百度已全面上线全站HTTPS安全搜索,默认将HTTP请求跳转至HTTPS。本文重点阐述HTTPS协议的技术架构,并简要分析全站HTTPS部署的战略价值,旨在为大型网站的安全升级提供参考。

HTTPS协议概述

HTTPS协议可视为HTTP协议与TLS(传输层安全协议)的结合体。HTTP协议作为万维网的基础通信协议,广泛应用于各类Web应用与网站;而TLS协议则负责在传输层提供数据加密、身份认证及完整性校验功能,其前身为SSL协议,最早由Netscape公司于1995年发布,1999年经IETF标准化后更名为TLS。HTTP与TLS在协议栈中的位置及TLS协议组成结构如图1所示,TLS协议主要由应用数据层协议、握手协议、报警协议、加密消息确认协议及心跳协议五部分构成,各层协议数据均通过record协议封装传输。

当前主流HTTP协议版本为HTTP1.1,TLS协议常用版本包括TLS1.2、TLS1.1、TLS1.0及SSL3.0。需注意的是,SSL3.0因POODLE攻击已被证实存在安全风险,尽管仍有不足1%的浏览器在使用;TLS1.0也存在RC4和BEAST等漏洞。相比之下,TLS1.2与TLS1.1暂无已知安全漏洞,且通过多项扩展优化了性能与速度,推荐优先部署。TLS1.3作为下一代协议,预计在安全性与传输效率上实现质的飞跃,目前尚无明确发布时间;与此同时,HTTP2协议已正式定稿,其基于SPDY协议演化,将显著提升应用层数据传输效率。

HTTPS功能介绍

百度部署HTTPS的核心目标在于保护用户隐私、抵御流量劫持。HTTP协议采用明文传输,用户数据在浏览器与服务器间的传输过程中,可能被WIFI热点、路由器、防火墙等中间节点嗅探、窃取甚至篡改。例如,用户搜索关键词“苹果手机”时,中间者可获取隐私信息并实施骚扰;或通过篡改页面植入恶意广告,严重时甚至导致用户无法正常访问。

HTTPS协议通过三大核心功能有效对抗上述威胁:其一,内容加密,确保浏览器与服务器间数据以密文传输,中间者无法直接窥探原始信息;其二,身份认证,通过数字证书验证服务端身份,防止DNS劫持导致的访问伪造;其三,数据完整性,借助哈希算法与数字签名保障数据在传输过程中未被篡改。

HTTPS原理介绍

##### 内容加密

加密算法分为对称加密与非对称加密。对称加密采用相同密钥加解密,强度高但密钥管理复杂;非对称加密通过公私钥对实现,安全性高但计算开销大。HTTPS结合两者优势:通过非对称密钥交换算法(如RSA、ECDHE)协商对称密钥,再以对称加密传输应用数据,兼顾安全与性能。

非对称密钥交换是HTTPS性能瓶颈的关键来源。RSA算法历史悠久、安全性高,但依赖大素数运算,资源消耗较大;ECDHE算法基于椭圆曲线,仅需较短密钥即可达到同等安全强度,支持前向保密(PFS)及false start优化,但实现复杂且需兼容性考量。实际部署中,建议优先支持RSA与ECDHE_RSA,兼顾安全性与客户端兼容性。

对称加密方面,流式加密已弃用RC4,推荐ChaCha20算法;分组加密宜采用AES-GCM模式,避免CBC模式的BEAST攻击,但需注意移动端性能开销。

##### 身份认证

身份认证依托PKI(公钥基础设施)体系,涵盖终端实体、CA(证书签发机构)、RA(注册审核机构)、CRL发布者及证书库等角色。数字证书(X509v3格式)包含待签名证书内容、签名算法及签名值,兼具身份授权与公钥分发功能。其防伪依赖数字签名:CA通过私钥对证书摘要加密,客户端以CA公钥解密并验证,确保证书真实性。

##### 数据完整性

数据完整性通过哈希算法实现,需避免使用已存在碰撞风险的MD5及SHA1,推荐SHA-256等更安全的算法。微软与Google已明确计划逐步淘汰SHA1签名证书,以提升数据传输安全性。

HTTPS使用成本

HTTPS部署成本可控:证书费用方面,中小网站可选用低价甚至免费方案(如Let’s Encrypt),企业级证书年费通常在数千至数万元;性能影响可通过协议优化(如TLS1.3、HTTP2)及硬件加速缓解,百度实践表明,合理配置下HTTPS访问速度可媲美HTTP;机器成本方面,非对称密钥交换虽消耗CPU资源,但通过算法选型与集群扩展,可避免大规模硬件投入。

后记

全站HTTPS已成为全球互联网安全趋势,百度作为国内首个实现全站HTTPS的大型搜索引擎,为行业树立了标杆。当前中文HTTPS技术资料相对匮乏,本文系统梳理了协议核心原理与实践要点,后续将围绕性能优化、架构设计及安全防护展开深入探讨,助力国内互联网安全升级。

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