关于启用 HTTPS 的一些经验分享(一)

随着国内网络环境的持续恶化,各种篡改和劫持层出不穷,越来越多的网站选择了全站 HTTPS。就在今天,免费提供证书服务的 Let's Encrypt 项目也正式开放,HTTPS 很快就会成为 WEB 必选项。HTTPS 通过 TLS 层和证书机制提供了内容加密、身份认证和数据完整性三大功能,可以有效防止数据被查看或篡改,以及防止中间人冒充。本文分享一些启用 HTTPS 过程中的经验,重点是如何与一些新出的安全规范配合使用。至于 HTTPS 的部署及优化,之前写过很多,本文不重复了。

理解 Mixed Content

HTTPS 网页中加载的 HTTP 资源被称之为 Mixed Content(混合内容),不同浏览器对 Mixed Content 有不一样的处理规则。

早期的 IE

早期的 IE 在发现 Mixed Content 请求时,会弹出「是否只查看安全传送的网页内容?」这样一个模态对话框,一旦用户选择「是」,所有 Mixed Content 资源都不会加载;选择「否」,所有资源都加载。

比较新的 IE

比较新的 IE 将模态对话框改为页面底部的提示条,没有之前那么干扰用户。而且默认会加载图片类 Mixed Content,其它如 JavaScript、CSS 等资源还是会根据用户选择来决定是否加载。

现代浏览器

现代浏览器(Chrome、Firefox、Safari、Microsoft Edge),基本上都遵守了 W3C 的 Mixed Content 规范,将 Mixed Content 分为 Optionally-blockableBlockable 两类:

Optionally-blockable 类 Mixed Content 包含那些危险较小,即使被中间人篡改也无大碍的资源。现代浏览器默认会加载这类资源,同时会在控制台打印警告信息。这类资源包括:

  • 通过 <img> 标签加载的图片(包括 SVG 图片);
  • 通过 <video> / <audio><source> 标签加载的视频或音频;
  • 预读的(Prefetched)资源;

除此之外所有的 Mixed Content 都是 Blockable,浏览器必须禁止加载这类资源。所以现代浏览器中,对于 HTTPS 页面中的 JavaScript、CSS 等 HTTP 资源,一律不加载,直接在控制台打印错误信息。

移动浏览器

前面所说都是桌面浏览器的行为,移动端情况比较复杂,当前大部分移动浏览器默认允许加载所有 Mixed Content。也就是说,对于移动浏览器来说,HTTPS 中的 HTTP 资源,无论是图片还是 JavaScript、CSS,默认都会加载。

补充:上面这段结论源自于我大半年前的测试,本文评论中的 ayanamist 同学反馈现状已经有所变化。我又做了一些测试,果然随着操作系统的升级,移动浏览器都开始遵循 Mixed Content 规范了。最新测试表明,对于 Blockable 类 Mixed Content:

  • iOS 9 以下的 Safari,以及 Android 5 以下的 Webview,默认会加载;
  • Android 各版本的 Chrome,iOS 9+ 的 Safari,Android 5+ 的 Webview,默认不会加载;

一般选择了全站 HTTPS,就要避免出现 Mixed Content,页面所有资源请求都走 HTTPS 协议才能保证所有平台所有浏览器下都没有问题。

合理使用 CSP

CSP,全称是 Content Security Policy,它有非常多的指令,用来实现各种各样与页面内容安全相关的功能。这里只介绍两个与 HTTPS 相关的指令,更多内容可以看我之前写的《Content Security Policy Level 2 介绍》。

block-all-mixed-content

前面说过,对于 HTTPS 中的图片等 Optionally-blockable 类 HTTP 资源,现代浏览器默认会加载。图片类资源被劫持,通常不会有太大的问题,但也有一些风险,例如很多网页按钮是用图片实现的,中间人把这些图片改掉,也会干扰用户使用。

通过 CSP 的 block-all-mixed-content 指令,可以让页面进入对混合内容的严格检测(Strict Mixed Content Checking)模式。在这种模式下,所有非 HTTPS 资源都不允许加载。跟其它所有 CSP 规则一样,可以通过以下两种方式启用这个指令:

HTTP 响应头方式:

Content-Security-Policy: block-all-mixed-content

<meta> 标签方式:

<meta http-equiv="Content-Security-Policy" content="block-all-mixed-content">

upgrade-insecure-requests

历史悠久的大站在往 HTTPS 迁移的过程中,工作量往往非常巨大,尤其是将所有资源都替换为 HTTPS 这一步,很容易产生疏漏。即使所有代码都确认没有问题,很可能某些从数据库读取的字段中还存在 HTTP 链接。

而通过 upgrade-insecure-requests 这个 CSP 指令,可以让浏览器帮忙做这个转换。启用这个策略后,有两个变化:

  • 页面所有 HTTP 资源,会被替换为 HTTPS 地址再发起请求;
  • 页面所有站内链接,点击后会被替换为 HTTPS 地址再跳转;

跟其它所有 CSP 规则一样,这个指令也有两种方式来启用,具体格式请参考上一节。需要注意的是 upgrade-insecure-requests 只替换协议部分,所以只适用于 HTTP/HTTPS 域名和路径完全一致的场景。

合理使用 HSTS

在网站全站 HTTPS 后,如果用户手动敲入网站的 HTTP 地址,或者从其它地方点击了网站的 HTTP 链接,依赖于服务端 301/302 跳转才能使用 HTTPS 服务。而第一次的 HTTP 请求就有可能被劫持,导致请求无法到达服务器,从而构成 HTTPS 降级劫持。

HSTS 基本使用

这个问题可以通过 HSTS(HTTP Strict Transport Security,RFC6797)来解决。HSTS 是一个响应头,格式如下:

Strict-Transport-Security: max-age=expireTime [; includeSubDomains] [; preload]

max-age,单位是秒,用来告诉浏览器在指定时间内,这个网站必须通过 HTTPS 协议来访问。也就是对于这个网站的 HTTP 地址,浏览器需要先在本地替换为 HTTPS 之后再发送请求。

includeSubDomains,可选参数,如果指定这个参数,表明这个网站所有子域名也必须通过 HTTPS 协议来访问。

preload,可选参数,后面再介绍它的作用。

HSTS 这个响应头只能用于 HTTPS 响应;网站必须使用默认的 443 端口;必须使用域名,不能是 IP。而且启用 HSTS 之后,一旦网站证书错误,用户无法选择忽略。

HSTS Preload List

可以看到 HSTS 可以很好的解决 HTTPS 降级攻击,但是对于 HSTS 生效前的首次 HTTP 请求,依然无法避免被劫持。浏览器厂商们为了解决这个问题,提出了 HSTS Preload List 方案:内置一份可以定期更新的列表,对于列表中的域名,即使用户之前没有访问过,也会使用 HTTPS 协议。

目前这个 Preload List 由 Google Chrome 维护,Chrome、Firefox、Safari、IE 11 和 Microsoft Edge 都在使用。如果要想把自己的域名加进这个列表,首先需要满足以下条件:

  • 拥有合法的证书(如果使用 SHA-1 证书,过期时间必须早于 2016 年);
  • 将所有 HTTP 流量重定向到 HTTPS;
  • 确保所有子域名都启用了 HTTPS;
  • 输出 HSTS 响应头:
    • max-age 不能低于 18 周(10886400 秒);
    • 必须指定 includeSubdomains 参数;
    • 必须指定 preload 参数;

即便满足了上述所有条件,也不一定能进入 HSTS Preload List,更多信息可以看这里。通过 Chrome 的 chrome://net-internals/#hsts 工具,可以查询某个网站是否在 Preload List 之中,还可以手动把某个域名加到本机 Preload List。

对于 HSTS 以及 HSTS Preload List,我的建议是只要你不能确保永远提供 HTTPS 服务,就不要启用。因为一旦 HSTS 生效,你再想把网站重定向为 HTTP,之前的老用户会被无限重定向,唯一的办法是换新域名。

CDN 安全

对于大站来说,全站迁移到 HTTPS 后还是得用 CDN,只是必须选择支持 HTTPS 的 CDN 了。如果使用第三方 CDN,安全方面有一些需要考虑的地方。

合理使用 SRI

HTTPS 可以防止数据在传输中被篡改,合法的证书也可以起到验证服务器身份的作用,但是如果 CDN 服务器被入侵,导致静态文件在服务器上被篡改,HTTPS 也无能为力。

W3C 的 SRI(Subresource Integrity)规范可以用来解决这个问题。SRI 通过在页面引用资源时指定资源的摘要签名,来实现让浏览器验证资源是否被篡改的目的。只要页面不被篡改,SRI 策略就是可靠的。

有关 SRI 的更多说明请看我之前写的《Subresource Integrity 介绍》。SRI 并不是 HTTPS 专用,但如果主页面被劫持,攻击者可以轻松去掉资源摘要,从而失去浏览器的 SRI 校验机制。

了解 Keyless SSL

另外一个问题是,在使用第三方 CDN 的 HTTPS 服务时,如果要使用自己的域名,需要把对应的证书私钥给第三方,这也是一件风险很高的事情。

CloudFlare 公司针对这种场景研发了 Keyless SSL 技术。你可以不把证书私钥给第三方,改为提供一台实时计算的 Key Server 即可。CDN 要用到私钥时,通过加密通道将必要的参数传给 Key Server,由 Key Server 算出结果并返回即可。整个过程中,私钥都保管在自己的 Key Server 之中,不会暴露给第三方。

CloudFlare 的这套机制已经开源,如需了解详情,可以查看他们官方博客的这篇文章:Keyless SSL: The Nitty Gritty Technical Details

好了,本文先就写到这里,需要注意的是本文提到的 CSP、HSTS 以及 SRI 等策略都只有最新的浏览器才支持,详细的支持度可以去 CanIUse 查。切换到 HTTPS 之后,在性能优化上有很多新工作要做,这部分内容我在之前的博客中写过很多,这里不再重复,只说最重要的一点:既然都 HTTPS 了,赶紧上 HTTP/2 才是正道。

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提醒:本文最后更新于 368 天前,文中所描述的信息可能已发生改变,请谨慎使用。

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