图解 HTTP – [日]上野宣 著 – 于均良 译

简单又全面的讲解了 HTTP 协议。

读完时间:2019 年 1 月 18 日

出版时间:2014 年 5 月

译者序

讲解网络协议的书仅有两本。一本是《HTTP权威指南》,但其厚度令人望而生畏;另一本是《TCP/IP详解,卷1》,内容艰涩难懂,学习难度较大。

1.3 网络基础TCP/IP

TCP/IP协议族里重要的一点就是分层。TCP/IP协议族按层次分别分为以下4层:应用层、传输层、网络层和数据链路层。

1.4 与HTTP关系密切的协议:IP、TCP和DNS

TCP/IP协议族中的IP指的就是网际协议,协议名称中占据了一半位置,其重要性可见一斑。可能有人会把“IP”和“IP地址”搞混,“IP”其实是一种协议的名称。

IP地址指明了节点被分配到的地址,MAC地址是指网卡所属的固定地址。IP地址可以和MAC地址进行配对。IP地址可变换,但MAC地址基本上不会更改。

发送端首先发送一个带SYN标志的数据包给对方。接收端收到后,回传一个带有SYN/ACK标志的数据包以示传达确认信息。最后,发送端再回传一个带ACK标志的数据包,代表“握手”结束。

1.7 URI和URL

URI用字符串标识某一互联网资源,而URL表示资源的地点(互联网上所处的位置)。可见URL是URI的子集。

2.2 通过请求和响应的交换达成通信

HTTP协议规定,请求从客户端发出,最后服务器端响应该请求并返回。换句话说,肯定是先从客户端开始建立通信的,服务器端在没有接收到请求之前不会发送响应。

2.3 HTTP是不保存状态的协议

HTTP是一种不保存状态,即无状态(stateless)协议。HTTP协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。也就是说在HTTP这个级别,协议对于发送过的请求或响应都不做持久化处理。

2.8 使用Cookie的状态管理

Cookie会根据从服务器端发送的响应报文内的一个叫做Set-Cookie的首部字段信息,通知客户端保存Cookie。

5.1 用单台虚拟主机实现多个域名

在互联网上,域名通过DNS服务映射到IP地址(域名解析)之后访问目标网站。可见,当请求发送到服务器时,已经是以IP地址形式访问了。

5.2 通信数据转发程序:代理、网关、隧道

透明代理 – 转发请求或响应时,不对报文做任何加工的代理类型被称为透明代理(Transparent Proxy)。反之,对报文内容进行加工的代理被称为非透明代理。

5.2.2 网关

网关的工作机制和代理十分相似。而网关能使通信线路上的服务器提供非HTTP协议服务。

6.1 HTTP报文首部

在响应中,HTTP报文由HTTP版本、状态码(数字和原因短语)、HTTP首部字段3部分构成。

6.4 请求首部字段

若想要给显示的媒体类型增加优先级,则使用q=来额外表示权重值,用分号(;)进行分隔。权重值q的范围是0~1(可精确到小数点后3位),且1为最大值。不指定权重q值时,默认权重为q=1.0。

6.4.3 Accept-Encoding

首部字段Host会告知服务器,请求的资源所处的互联网主机名和端口号。Host首部字段在HTTP/1.1规范内是唯一一个必须被包含在请求内的首部字段。

形如If-xxx这种样式的请求首部字段,都可称为条件请求。服务器接收到附带条件的请求后,只有判断指定条件为真时,才会执行请求。

首部字段If-Modified-Since,属附带条件之一,它会告知服务器若If-Modified-Since字段值早于资源的更新时间,则希望能处理该请求。而在指定If-Modified-Since字段值的日期时间之后,如果请求的资源都没有过更新,则返回状态码304 Not Modified的响应。If-Modified-Since用于确认代理或客户端拥有的本地资源的有效性。获取资源的更新日期时间,可通过确认首部字段Last-Modified来确定。

首部字段If-None-Match属于附带条件之一。它和首部字段If-Match作用相反。用于指定If-None-Match字段值的实体标记(ETag)值与请求资源的ETag不一致时,它就告知服务器处理该请求。在GET或HEAD方法中使用首部字段If-None-Match可获取最新的资源。

6.5 响应首部字段

响应首部字段是由服务器端向客户端返回响应报文中所使用的字段,用于补充响应的附加信息、服务器信息,以及对客户端的附加要求等信息。

6.6 实体首部字段

当首部字段Cache-Control有指定max-age指令时,比起首部字段Expires,会优先处理max-age指令。

6.7 为Cookie服务的首部字段

管理服务器与客户端之间状态的Cookie,虽然没有被编入标准化HTTP/1.1的RFC2616中,但在Web网站方面得到了广泛的应用。

Cookie的工作机制是用户识别及状态管理。Web网站为了管理用户的状态会通过Web浏览器,把一些数据临时写入用户的计算机内。接着当用户访问该Web网站时,可通过通信方式取回之前存放的Cookie。调用Cookie时,由于可校验Cookie的有效期,以及发送方的域、路径、协议等信息,所以正规发布的Cookie内的数据不会因来自其他Web站点和攻击者的攻击而泄露。当省略expires属性时,其有效期仅限于维持浏览器会话(Session)时间段内。这通常限于浏览器应用程序被关闭之前。另外,一旦Cookie从服务器端发送至客户端,服务器端就不存在可以显式删除Cookie的方法。但可通过覆盖已过期的Cookie,实现对客户端Cookie的实质性删除操作。Cookie的HttpOnly属性是Cookie的扩展功能,它使JavaScript脚本无法获得Cookie。其主要目的为防止跨站脚本攻击(Cross-site scripting,XSS)对Cookie的信息窃取。

6.8 其他首部字段

首部字段X-XSS-Protection属于HTTP响应首部,它是针对跨站脚本攻击(XSS)的一种对策,用于控制浏览器XSS防护机制的开关。
首部字段X-XSS-Protection可指定的字段值如下。

  • 0 :将XSS过滤设置成无效状态
  • 1 :将XSS过滤设置成有效状态

7.1 HTTP的缺点

HTTP主要有这些不足,例举如下。

  • 通信使用明文(不加密),内容可能会被窃听
  • 不验证通信方的身份,因此有可能遭遇伪装
  • 无法证明报文的完整性,所以有可能已遭篡改

换句话说,没有任何办法确认,发出的请求/响应和接收到的请求/响应是前后相同的。比如,从某个Web网站上下载内容,是无法确定客户端下载的文件和服务器上存放的文件是否前后一致的。文件内容在传输途中可能已经被篡改为其他的内容。即使内容真的已改变,作为接收方的客户端也是觉察不到的。

7.2 HTTP+加密+认证+完整性保护=HTTPS

通常,HTTP直接和TCP通信。当使用SSL时,则演变成先和SSL通信,再由SSL和TCP通信了。简言之,所谓HTTPS,其实就是身披SSL协议这层外壳的HTTP。

在采用SSL后,HTTP就拥有了HTTPS的加密、证书和完整性保护这些功能。

HTTP直接和TCP通信。当使用SSL时,则演变成先和SSL通信,再由SSL和TCP通信了。简言之,所谓HTTPS,其实就是身披SSL协议这层外壳的HTTP。

SSL采用一种叫做公开密钥加密(Public-key cryptography)的加密处理方式。使用公开密钥加密方式,发送密文的一方使用对方的公开密钥进行加密处理,对方收到被加密的信息后,再使用自己的私有密钥进行解密。利用这种方式,不需要发送用来解密的私有密钥,也不必担心密钥被攻击者窃听而盗走。

HTTPS采用共享密钥加密和公开密钥加密两者并用的混合加密机制。若密钥能够实现安全交换,那么有可能会考虑仅使用公开密钥加密来通信。但是公开密钥加密与共享密钥加密相比,其处理速度要慢。

我们来介绍一下数字证书认证机构的业务流程。首先,服务器的运营人员向数字证书认证机构提出公开密钥的申请。数字证书认证机构在判明提出申请者的身份之后,会对已申请的公开密钥做数字签名,然后分配这个已签名的公开密钥,并将该公开密钥放入公钥证书后绑定在一起。服务器会将这份由数字证书认证机构颁发的公钥证书发送给客户端,以进行公开密钥加密方式通信。公钥证书也可叫做数字证书或直接称为证书。

SSL的慢分两种。一种是指通信慢。另一种是指由于大量消耗CPU及内存等资源,导致处理速度变慢。

8.3 DIGEST认证

质询响应方式是指,一开始一方会先发送认证要求给另一方,接着使用从另一方那接收到的质询码计算生成响应码。最后将响应码返回给对方进行认证的方式。

8.4 SSL客户端认证

第一个认证因素的SSL客户端证书用来认证客户端计算机,另一个认证因素的密码则用来确定这是用户本人的行为。

8.5 基于表单认证

基于表单的认证方法并不是在HTTP协议中定义的。客户端会向服务器上的Web应用程序发送登录信息(Credential),按登录信息的验证结果认证。

无法实现状态管理,因此即使当该用户下一次继续访问,也无法区分他与其他的用户。于是我们会使用Cookie来管理Session,以弥补HTTP协议中不存在的状态管理功能。

为减轻跨站脚本攻击(XSS)造成的损失,建议事先在Cookie内加上httponly属性。

一种安全的保存方法是,先利用给密码加盐(salt)的方式增加额外信息,再使用散列(hash)函数计算出散列值后保存。

9.1 基于HTTP的协议

在建立HTTP标准规范时,制订者主要想把HTTP当作传输HTML文档的协议。随着时代的发展,Web的用途更具多样性,比如演化成在线购物网站、SNS(Social Networking Service,社交网络服务)、企业或组织内部的各种管理工具,等等。而这些网站所追求的功能可通过Web应用和脚本程序实现。即使这些功能已经满足需求,在性能上却未必最优,这是因为HTTP协议上的限制以及自身性能有限。HTTP功能上的不足可通过创建一套全新的协议来弥补。可是目前基于HTTP的Web浏览器的使用环境已遍布全球,因此无法完全抛弃HTTP。

9.2 消除HTTP瓶颈的SPDY

服务器可以主动提示客户端请求所需的资源。由于在客户端发现资源之前就可以获知资源的存在,因此在资源已缓存等情况下,可以避免发送不必要的请求。

9.2.3 SPDY消除Web瓶颈了吗

希望使用SPDY时,Web的内容端不必做什么特别改动,而Web浏览器及Web服务器都要为对应SPDY做出一定程度上的改动。有好几家Web浏览器已经针对SPDY做出了相应的调整。另外,Web服务器也进行了实验性质的应用,但把该技术导入实际的Web网站却进展不佳。

9.3 使用浏览器进行全双工通信的WebSocket

下面我们列举一下WebSocket协议的主要特点。

  • 推送功能
    支持由服务器向客户端推送数据的推送功能。这样,服务器可直接发送数据,而不必等待客户端的请求。
  • 减少通信量
    只要建立起WebSocket连接,就希望一直保持连接状态。和HTTP相比,不但每次连接时的总开销减少,而且由于WebSocket的首部信息很小,通信量也相应减少了。
    为了实现WebSocket通信,在HTTP连接建立之后,需要完成一次“握手”(Handshaking)的步骤。

9.5 Web服务器管理文件的WebDAV

WebDAV(Web-based Distributed Authoring and Versioning,基于万维网的分布式创作和版本控制)是一个可对Web服务器上的内容直接进行文件复制、编辑等操作的分布式文件系统。

Web是基于HTTP协议运作的,因此在构建Web服务器或访问Web站点时,需事先设置防火墙HTTP(80/tcp)和HTTPS(443/tcp)的权限。

10.1.1 Web页面几乎全由HTML构建

HTML(HyperText Markup Language,超文本标记语言)是为了发送Web上的超文本(Hypertext)而开发的标记语言。超文本是一种文档系统,可将文档中任意位置的信息与其他信息(文本或图片等)建立关联,即超链接文本。标记语言是指通过在文档的某部分穿插特别的字符串标签,用来修饰文档的语言。我们把出现在HTML文档内的这种特殊字符串叫做HTML标签(Tag)。平时我们浏览的Web页面几乎全是使用HTML写成的。

11.1.1 HTTP不具备必要的安全功能

被动攻击模式中具有代表性的攻击是跨站脚本攻击和跨站点请求伪造。

11.2 因输出值转义不完全引发的安全漏洞

跨站脚本攻击(Cross-Site Scripting,XSS)是指通过存在安全漏洞的Web网站注册用户的浏览器内运行非法的HTML标签或JavaScript进行的一种攻击。

SQL注入(SQL Injection)是指针对Web应用使用的数据库,通过运行非法的SQL而产生的攻击。

11.2.4 HTTP首部注入攻击

HTTP首部注入攻击(HTTP Header Injection)是指攻击者通过在响应首部字段内插入换行,添加任意响应首部或主体的一种攻击。属于被动攻击模式。

HTTP响应截断攻击是用在HTTP首部注入的一种攻击。攻击顺序相同,但是要将两个%0D%0A%0D%0A并排插入字符串后发送。利用这两个连续的换行就可作出HTTP首部与主体分隔所需的空行了,这样就能显示伪造的主体,达到攻击目的。这样的攻击叫做HTTP响应截断攻击。

11.3 因设置或设计上的缺陷引发的安全漏洞

攻击者利用进行不同的输入会提示不同的错误信息这条,就可用来确认输入的邮件地址是否已在这个Web网站上注册过了。为了不让错误消息给攻击者以启发,建议将提示消息的内容仅保留到“认证错误”这种程度即可。

11.4 因会话管理疏忽引发的安全漏洞

会话劫持(Session Hijack)是指攻击者通过某种手段拿到了用户的会话ID,并非法使用此会话ID伪装成用户,达到攻击的目的。

跨站点请求伪造(Cross-Site Request Forgeries,CSRF)攻击是指攻击者通过设置好的陷阱,强制对已完成认证的用户进行非预期的个人信息或设定信息等某些状态更新,属于被动攻击。

11.5.1 密码破解

密码破解攻击(Password Cracking)即算出密码,突破认证。攻击不仅限于Web应用,还包括其他的系统(如FTP或SSH等),本节将会讲解对具备认证功能的Web应用进行的密码破解。

密码破解有以下两种手段。

  • 通过网络的密码试错
  • 对已加密密码的破解(指攻击者入侵系统,已获得加密或散列处理的密码数据的情况)

除去突破认证的攻击手段,还有SQL注入攻击逃避认证,跨站脚本攻击窃取密码信息等方法。

DoS攻击(Denial of Service attack)是一种让运行中的服务呈停止状态的攻击。有时也叫做服务停止攻击或拒绝服务攻击。

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