1 TLS協(xié)議簡(jiǎn)介
1.1 簡(jiǎn)介
TSL是傳輸層安全協(xié)議(Transport Secure Protocol）的簡(jiǎn)稱，它的前身是SSL(Secure Sockets Layer)。TLS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為互聯(lián)網(wǎng)通信提供安全保證，防止數(shù)據(jù)被竊聽(tīng)，篡改。TLS協(xié)議由記錄層(TLS Record Layer)和握手層(TLS Handshake Layer)組成，記錄層處于協(xié)議的最低層，為TLS協(xié)議提供安全可靠的連接。TLS在協(xié)議棧中處于HTTP和TCP協(xié)議之間，但是TLS協(xié)議是獨(dú)立于應(yīng)用層協(xié)議的，也就是說(shuō)高層的應(yīng)用層協(xié)議，如HTTP，F(xiàn)TP等都可以創(chuàng)建在TLS之上，TLS的下層可以是任何可靠傳輸層協(xié)議，如TCP，SPX等。
1.2 TLS的版本演進(jìn)
TLS目前已發(fā)布的最新版本是TLS1.2，它在RFC5246中定義，其前身SSL1.0，SSL2.0和SSL3.0。SSL由于安全漏洞，已逐漸在被淘汰；TLS1.0和SSL3.0差異很小，幾乎等同，漸漸也不再使用，所以現(xiàn)在的話，只要注意TLS1.1以上的版本。
1.3 TLS握手過(guò)程
TLS分為記錄層協(xié)議和握手層協(xié)議：
記錄層協(xié)議(TLS Record Protocol)：
記錄層協(xié)議負(fù)責(zé)將要發(fā)出的消息進(jìn)行分片，壓縮，打上消息認(rèn)證碼(MAC)并最終交到傳輸層；或?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行解壓，解密，數(shù)據(jù)校驗(yàn)，重新 組裝后傳到上一層。
握手層協(xié)議(TLS Handshake Protocol)：
握手層協(xié)議處于記錄層協(xié)議之上，握手層協(xié)議的作用是在真正的應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸之前，使客戶端和服務(wù)器互相進(jìn)行身份認(rèn)證，協(xié)商加密算法以及生成加密密鑰。握手層用于協(xié)商出記錄層的參數(shù)。這些參數(shù)將會(huì)被記錄層用于雙方的身份認(rèn)證，實(shí)例化協(xié)商的安全參數(shù)，錯(cuò)誤報(bào)告。
TLS在協(xié)議棧中的位置：
TLS的協(xié)議棧位置TLS的握手過(guò)程：
1.客戶端發(fā)送ClientHello消息，包含可選密碼組件，一個(gè)客戶端生成的隨機(jī)數(shù)等，服務(wù)端接收后回一個(gè)ServerHello消息給客戶端，確定密碼方案，并生成一個(gè)服務(wù)器隨機(jī)數(shù)，發(fā)給客戶端。
這一步的數(shù)據(jù)傳輸在TCP上進(jìn)行，數(shù)據(jù)都是公開(kāi)的，中間人攻擊者可以很輕松的得到這些數(shù)據(jù)。
2.服務(wù)器發(fā)送證書，服務(wù)器的身份確認(rèn)成功后；服務(wù)器可能會(huì)請(qǐng)求一個(gè)客戶端證書，要求客戶端進(jìn)行身份認(rèn)證，客戶端給服務(wù)器發(fā)出證書，驗(yàn)明身份。這一步不是必須的。
3.客戶端向服務(wù)器發(fā)出摘要認(rèn)證，確認(rèn)接收的消息的完整性，保證沒(méi)有被第三方篡改。
4.雙方交換必需的加密參數(shù)。其中包括一個(gè)預(yù)主密鑰，客戶端會(huì)用服務(wù)器證書中的公鑰將這個(gè)密鑰加密傳給服務(wù)器，服務(wù)器使用私鑰進(jìn)行解密。
5.客戶端生成一個(gè)預(yù)主密鑰，并使用服務(wù)器證書中的公鑰加密，服務(wù)器解密后生成一個(gè)主密鑰。雙方使用這個(gè)主密鑰(master secret)對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)稱加密(如AES256)。 主密鑰是客戶端和服務(wù)器共享的。
6.最后，把這些準(zhǔn)備好的的安全參數(shù)交給記錄層協(xié)議。
下圖轉(zhuǎn)自維基百科TLS詞條 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%B3%E8%BC%B8%E5%B1%A4%E5%AE%89%E5%85%A8%E5%8D%94%E8%AD%B0：
SSL_handshake_with_two_way_authentication_with_certificates.png會(huì)話恢復(fù)過(guò)程：
客戶端服務(wù)器出于性能的考慮，可能會(huì)恢復(fù)前面的會(huì)話，或復(fù)制一個(gè)當(dāng)前存在的會(huì)話，而不是重新協(xié)商密碼參數(shù)，建立新的會(huì)話(4.2部分使用tcpdump跟蹤發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程確實(shí)是耗時(shí)占比很大)。
1.客戶端發(fā)出一個(gè)ClientHello消息，這個(gè)消息包含要恢復(fù)的會(huì)話的Session ID。
2.服務(wù)接到這個(gè)SessionID后，檢查它的緩存是否存在該會(huì)話ID。如果找到了，服務(wù)器將使用該會(huì)話狀態(tài)重建連接，并發(fā)一個(gè)ServerHello給客戶端，其中包含一個(gè)和ClientHello消息一模一樣的SessionID。
3.此時(shí)，協(xié)議規(guī)定，必須要雙方發(fā)出ChangeCipherSpec消息，并接著發(fā)出Finished消息確認(rèn)握手完成。然后客戶端服務(wù)器就可以傳輸應(yīng)用層數(shù)據(jù)了。
4.如果服務(wù)器沒(méi)有在緩存中找到Session ID，那么新的SessionID將會(huì)建立，然后又會(huì)執(zhí)行一次完全握手。
--------------------------------------------------------------------------------
2 使用nginx搭建https服務(wù)器
2.1 環(huán)境準(zhǔn)備
先搭建nginx，nginx的搭建在官網(wǎng)中可以找到 http://nginx.org/en/docs/install.html
注意如果是用源碼編譯，有的較老版本構(gòu)建編譯時(shí)需要帶上參數(shù)--with-http_ssl_module，最新的nginx版本是默認(rèn)有這個(gè)編譯參數(shù)的。
配置：
ssl_certificate : 存放服務(wù)器證書的地址，主要用于數(shù)字證書的身份認(rèn)證。所有連到服務(wù)器的客戶端都能拿到這個(gè)證書；
ssl_certificate_key : 是私鑰，只能被服務(wù)器知道。
ssl_protocols， ssl_ciphers選項(xiàng)是可選的。
2.2 詳細(xì)操作步驟
下面嘗試在本地搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的https服務(wù)器，在443端口監(jiān)聽(tīng)。
大致步驟如下：
1.搭建一個(gè)nginx服務(wù)器；
2.使用openssl生成服務(wù)器私鑰，客戶端私鑰，服務(wù)器公鑰，客戶端公鑰；
3.生成CA根證書，為服務(wù)器證書和客戶端證書（可選）提供簽名服務(wù)；
4.生成服務(wù)器證書和客戶端證書，并請(qǐng)求CA的簽名；
5.在操作系統(tǒng)上信任我們偽造的服務(wù)器證書，這里沒(méi)有為客戶端生成證書；
6.隨便寫一個(gè)web服務(wù)，提供一個(gè)url返回一段靜態(tài)報(bào)文，讓nginx為它做一下代理，然后啟動(dòng)這個(gè)web服務(wù)器；
7.測(cè)試。
以下是這些步驟的操作命令：
證書和私鑰生成完畢后，開(kāi)始配置nginx（http部分從略）；
配置完后，保存，在nginx根目錄下運(yùn)行命令:
$ ./sbin/nginx -t -c conf/https_server.conf
nginx會(huì)測(cè)試一下配置文件 conf/https_server.conf
如果輸出下面的東西，表示配置沒(méi)什么格式問(wèn)題了：
啟動(dòng)nginx:
$ ./sbin/nginx -c conf/https_server.conf
這里我們搭建一個(gè)http服務(wù)器，在端口8887上監(jiān)聽(tīng)，使用nginx代理，在瀏覽器中訪問(wèn):
https://localhost/hello
返回:
2.3 信任證書：
瀏覽器中輸入
https://localhost:443
因?yàn)槲覀兊母C書是自己簽發(fā)的，簽發(fā)機(jī)構(gòu)是偽造的，不在瀏覽器的信任列表中。對(duì)于這種情況，不同的瀏覽器對(duì)此會(huì)有不同的表現(xiàn)，但主流的瀏覽器都會(huì)發(fā)出警告。下面提供了一種辦法，使瀏覽器信任證書。注意，這里只是為了測(cè)試，正常上網(wǎng)不要忽略瀏覽器的警告，輕易地信任不明來(lái)源的證書。
下面是在Mac下的Google Chrome中信任證書的操作步驟：
. 當(dāng)瀏覽器提示連接不安全時(shí)，在瀏覽器的抓包工具中點(diǎn)到如下的界面：
圖4. 點(diǎn)按鈕：View Certificate
. 拖動(dòng)證書的icon，拉到本地桌面上并雙擊它：
圖5：訪問(wèn)https://www.baidu.com得到的服務(wù)器證書，僅舉例雙擊它打開(kāi)系統(tǒng)的鑰匙串，將桌面證書拖拽到系統(tǒng)鑰匙串中，
雙擊打開(kāi)，選擇『始終信任』
圖6
圖7
注：截圖的證書為測(cè)試時(shí)隨意生成的根證書；所有證書信任的辦法類似。
重啟瀏覽器后，再訪問(wèn)https://localhost/hello ，會(huì)看到這樣的結(jié)果:
圖8
2.4 測(cè)試加密效果
現(xiàn)在，我們嘗試用抓包工具模擬中間人截取報(bào)文，看看能不能截取到報(bào)文：
在mac上我們使用charles進(jìn)行抓包，結(jié)果如下，報(bào)文已經(jīng)被加密，看到的內(nèi)容都是亂碼：
圖9
嘗試用Charles進(jìn)行一次中間人攻擊：偽造證書，在Charles上可以安全一個(gè)代理證書，具體操作參考這里：http://www.jianshu.com/p/7a88617ce80b，然后再訪問(wèn)https://localhost/hello
這時(shí)瀏覽器會(huì)又提示我們連接不安全，這是因?yàn)門LS握手感知到了客戶端的證書來(lái)源不明，假如我們點(diǎn)擊高級(jí)，繼續(xù)訪問(wèn)，忽略這個(gè)警告，那么我們會(huì)在抓包工具上看到這樣的畫面：
圖10
報(bào)文的內(nèi)容成功被Charles竊聽(tīng)了，所以，再次驗(yàn)證了一點(diǎn)：如果正常上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁(yè)，操作電子銀行等敏感信息時(shí)，不要隨便忽略瀏覽器的安全警告。
由于大多數(shù)人安全意識(shí)薄弱，很習(xí)慣地點(diǎn)繼續(xù)訪問(wèn)不安全連接 ，所以就有了HSTS。
2.5 HSTS是什么
HSTS(HTTP Strict Transport Security)，這是一個(gè)由IEEE發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)安全策略機(jī)制，如果服務(wù)器增加了這種策略，那么就意味著要求客戶端必須使用https協(xié)議和服務(wù)器進(jìn)行對(duì)話。
主流的瀏覽器都實(shí)現(xiàn)了HSTS策略。當(dāng)TLS握手出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，瀏覽器不會(huì)再訪問(wèn)服務(wù)器。
百度的防火墻代理就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)策略。訪問(wèn)https://www.baidu.com ，在瀏覽器截取到的服務(wù)器響應(yīng)頭中有一個(gè)Strict-Transport-Security字段 max-age=172800 。max-age是指HSTS的失效時(shí)間，單位是秒。
圖11
由于服務(wù)器響應(yīng)頭增加了這個(gè)字段，瀏覽器就會(huì)履行一些HSTS的職責(zé)。假如我們采取抓包工具偽造一個(gè)未知證書，再去訪問(wèn)域名，就會(huì)受到警告，嘗試讓瀏覽器忽略不安全的警告繼續(xù)訪問(wèn)會(huì)被禁止，如下圖：
圖12
然而HSTS也不是絕對(duì)安全的。一方面原因在于Strict-Transport-Security的max-age會(huì)過(guò)期，瀏覽器是否強(qiáng)制HSTS策略取決于當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，它可能偽造；另一方面是因?yàn)槭状卧L問(wèn)網(wǎng)址并不受HSTS保護(hù)。可見(jiàn)技術(shù)對(duì)安全的防護(hù)永遠(yuǎn)是有限的，還需要用戶有足夠的安全意識(shí)進(jìn)行自我保護(hù)。
3 實(shí)現(xiàn)https抓包
了解了https的原理之后，知道TLS的握手關(guān)鍵在身份認(rèn)證這一步。HTTPS的數(shù)據(jù)傳輸可以類比成交談的雙方各自亮出身份證，然后用約定的暗號(hào)進(jìn)行交流，這樣即時(shí)旁邊有人竊聽(tīng)，也無(wú)法破解經(jīng)過(guò)加密的信息。
測(cè)試時(shí)，我們通常會(huì)有抓取https包的需求。如果以為https已被加密，我們沒(méi)辦法抓到明文包，那這是不對(duì)的。抓包的原理通常是在通信雙方插一個(gè)中間代理，對(duì)原有的客戶端和服務(wù)器的請(qǐng)求進(jìn)行來(lái)回轉(zhuǎn)發(fā)。如果要抓取https包，顯然，構(gòu)造的代理必須有完成TLS握手的能力，所以代理工具一般需要支持ssl。有了TLS的握手能力，我們?cè)僭O(shè)法使通信雙方相信代理的身份，就能實(shí)現(xiàn)https的抓包了。可以看到，https的數(shù)據(jù)安全關(guān)鍵點(diǎn)其實(shí)就是在數(shù)字證書上 ，因此也很容易理解為什么主流的瀏覽器都會(huì)警告用戶使用了來(lái)路不明的機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書。
實(shí)現(xiàn)https抓包，具體操作方案就是：用一個(gè)支持ssl的代理，偽造一個(gè)ca證書，當(dāng)通信雙方在TLS握手時(shí)發(fā)現(xiàn)有人竊聽(tīng)時(shí)，設(shè)法讓他們相信代理的身份(這個(gè)過(guò)程就見(jiàn)2.3)； 代理身份被信任了，就會(huì)發(fā)生這個(gè)過(guò)程： 客戶端和代理進(jìn)行握手，請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)到代理上，由代理和服務(wù)器做TLS握手，并轉(zhuǎn)傳客戶端的請(qǐng)求數(shù)據(jù)；服務(wù)器加密報(bào)文應(yīng)答，代理解密報(bào)文再用和客戶端協(xié)商的密碼方案加密報(bào)文，傳給客戶端，客戶端解密報(bào)文。
Charles抓包參看：http：//www.jianshu.com/p/7a88617ce80b
4 HTTPS的性能
4.1 HTTPS與HTTP的性能評(píng)測(cè)對(duì)比
我們使用Jmeter來(lái)測(cè)試http和https的比較。
在遠(yuǎn)程服務(wù)器上搭建一個(gè)http服務(wù)器，讓它返回一個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)：
然后使用nginx進(jìn)行代理
%2
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：HTTPS測(cè)試服務(wù)器搭建及性能探究
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