Linux网络应用层协议之http/https

typedef struct Request{
int a;
int b;
}Request;


typedef struct Response
{
    int sum;
 }Response;

// client.c 客户端核心代码
Request request;
Response response;

scanf("%d,%d", &request.a, &request.b);
write(fd, request, sizeof(Request));
read(fd, response, sizeof(Response));


// server.c 服务端核心代码
Request request;
read(client_fd, &request, sizeof(request));
Response response;
response.sum = request.a + request.b;
write(client_fd, &response, sizeof(response));

一、 http协议

虽然应用层协议程序员可以自定义，但是有一些现成的又很好用的协议，http是超文本传输协议。

1.URL

平时，我们称呼的网址，就是url。如:

http://user:pass@www.example.jp:80/dir/index.htm?uid=1#chi1

其中，http是协议方案名称，user:pass为登录信息，www.example.jp是ip,80是端口，/dir/index.htm?带层次的文件路径，uid=1查询字符串，#ch1片段标识符

其中，/ ? :这样的字符，以及被url当作特殊字符，因此这些字符不能随意出现。如果某个参数中，需要带这样的字符，就必须先对特殊字符进行转义

2.http协议格式

1）http请求

首行:【方法】+【URL]+【版本】

POST

HOST

connection

content-length

cath-control

origin

upgrade-insecure-requests

content-type

user-agent

referer

accept-encoding

accept-language

2）http响应

首行: [版本号] + [状态码] + [状态码解释] Header: 请求的属性, 冒号分割的键值对;每组属性之间使用\n分隔;遇到空行表示Header部分结束

Body: 空行后面的内容都是Body. Body允许为空字符串. 如果Body存在, 则在Header中会有一个

Content-Length属性来标识Body的长度; 如果服务器返回了一个html页面, 那么html页面内容就是在 body中

HTTP/1.1 200 OK

SERVER

CONTENT-TYPE

CONTENT-LANGUAGE

TRANSFER-ENCODING

DATE:

3.http的方法

|----------|-------------|-------------|
| 方法 | 说明 | 支持的http协议版本 |
| GET | 获取资源 | 1.0，1.1 |
| POST | 传输实体主体 | 1.0，1.1 |
| PUT | 传输文件 | 1.0，1.1 |
| HEAD | 获得报文首部 | 1.0，1.1 |
| DELETE | 删除文件 | 1.0，1.1 |
| OPTIONS | 询问支持的方法 | 1.1 |
| TRACE | 追踪路径 | 1.1 |
| CONNECT | 要求用隧道协议连接代理 | 1.1 |
| LINK | 建立和资源之间的关系 | 1.0 |
| UNLINE | 断开连接关系 | 10 |

4.http的状态码

|-----|------------------------|--------------|
| | 类别 | 原因 |
| 1xx | Informational(信息性状态码） | 接收的请求正在处理 |
| 2xx | SUCCESS | 请求正常处理完毕 |
| 3xx | Redirection(重定向状态码） | 需要进行附加操作完成请求 |
| 4xx | CLIENT ERROR(客户端错误状态码） | 服务器无法处理请求 |
| 5xx | SERVER ERROR（服务器错误状态码） | 服务器处理请求出错 |

200（ok),404(Not Found),403(FORBIDDEN),302(redirect），504（BAD GATEWAY）

CONTENT TYPE:数据类型（text,html)
CONTENE LENGTH:body的长度
Host:客户端告诉服务器，请求的资源在哪个主机的哪个端口
User-Agent:声明用户的操作系统和浏览器版本信息
referer：当前页面是从哪个页面跳转的
location:搭配3xx状态码使用，告诉客户端接下来去哪里访问
cookie：用于在客户端存储少量信息，通常用于实现会话session功能

6.实现一个http服务器

见gitee：地址https://gitee.com/a_young

二、https协议

https也是一个应用层协议，在http的基础上引入了一个加密层。

http协议都是按照文本的方式明文传输的，这就导致在传输过程中出现一些被篡改的情况。

1.加密

加密就是把明文（要传输的信息）进行一系列变换，生成密文

解密就是把密文再进行一系列变换，还原成明文

在这个加密和解密的过程中，往往需要一个或多个中间数据，辅助这个过程，这样的数据称为密钥。

2.为什么要加密

由于我们通过网络传输的任何数据包都会经过运营商的网络设备（路由器，交换机等），那么运营商的网络设备就可以解析出你传输数据的内容，并进行篡改。

比如，使用某款音乐app下载某首歌，此时点击下载按钮，其实就是给服务器发送了一个http请求，获取到的http响应其实就包含了该首歌的下载链接，运营商劫持之后，发现这个请求是下载歌，那么就自动将给用户的响应篡改，篡改成下载别的恶意软件的下载地址。

所以，因为http的内容是明文传输，明文数据通过路由器，wifi热点，通信服务运营商，代理服务器等多个节点，如果信息在传输过程中被劫持，传输的内容就完全被暴露，劫持者还可以篡改传输的信息且不被双方察觉，这就是中间人攻击，所以需要对信息进行加密。

3.常见的加密方式

对称加密

采用单钥密码系统的加密方法：同一个密钥可以同时用作对信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也成为单密钥加密，特征：加密和解密所用的密钥是相同的
常用的对称加密算法：DES,3DES,AES,TDEA,BLOWFISH,RC2等
特点：算法公开，计算量小，加密速度快，效率高
一个简单的对称加密，按位异或:

假设明文a = 1234，密钥key =8888

则加密a^key得到密文b为9834

然后针对密文9834再次b^key，得到原来的明文1234

非对称加密

需要两个密钥进行加密和解密，这两个密钥简称公钥和私钥

常见非对称加密算法：RSA,DAS,ECDSA

特点：算法强度复杂，安全性依赖于算法，但是算法过于复杂，解密速度没有对称加密解密的速度快

公钥和私钥是配对的，可以正，反两用，比如:

1.通过公钥对明文加密，变成密文；通过私钥对密文解密，变成明文

2.通过私钥对明文加密，变成密文；通过公钥对密文解密，变成明文

比如: A 要给 B ⼀些重要的⽂件, 但是 B 可能不在. 于是 A 和 B 提前做出约定:

B 说: 我桌⼦上有个盒⼦, 然后我给你⼀把锁, 你把⽂件放盒⼦⾥⽤锁锁上, 然后我回头拿着钥匙来开锁取⽂件。

在这个场景中, 这把锁就相当于公钥, 钥匙就是私钥. 公钥给谁都⾏(不怕泄露), 但是私钥只有 B ⾃⼰持有. 持有私钥的⼈才能解密。

4.https的工作过程探究

方案1 只使用对称加密

如果通信双方各自持有一个密钥x，且没有别人知道，这两方的通信安全当然可以被保证（除非密钥被破解）。引入对称加密，即使数据被截获，但是黑客不知道密钥，因此无法进行解密，也就不知道请求。但是实际上，服务器同一时刻其实是给很多客户端提供的，客户端每个人的密钥都必须是不同的（如果相同就很容易扩散，黑客可以轻易获取），因此服务器就需要维护每个客户端和每个密钥之间的关联联系，这也是很费事的事情。

比较理想的做法，就是在客户端和服务器建立连接的时候，双方协商确定这次的密钥，但是如果将密钥明文传输，那么黑客也就可以获得密钥，此后的加密操作没有意义。

因此密钥也需要加密传输，但是这就形成了一个先有鸡还是先有蛋的问题，密钥的密钥......

方案2 只使用非对称加密

鉴于非对称加密的机制，如果服务器先把公钥以明文方式传输给浏览器，之后浏览器向服务器传输数据前都先用这个公钥加密好再传，从客户端到服务器信道似乎是安全的（实际有安全问题），只有服务器有相应的私钥能解开公钥加密的数据。

如果服务器用它的私钥加密数据传输给浏览器，那么浏览器用公钥可以解密，二这个公钥是一开始通过明文传输给浏览器的，若这个公钥被中间人劫持，那么它也能用该公钥解密服务器传来的信息了。

方案3 双方都使用非对称加密

服务端拥有公钥S与对应的私钥S'，客⼾端拥有公钥C与对应的私钥C'
客⼾和服务端交换公钥
客⼾端给服务端发信息：先⽤S对数据加密，再发送，只能由服务器解密，因为只有服务器有私钥 S'
服务端给客⼾端发信息：先⽤C对数据加密，在发送，只能由客⼾端解密，因为只有客⼾端有私钥 C'

这样貌似也⾏啊，但是效率太低依旧有安全问题

方案4 非对称加密+对称加密

先解决效率问题

服务器端具有非对称公钥S和S'
客户端发起https请求，获取服务器端公钥S
客户端在本地生成对称密钥C，通过公钥S加密，发送给服务器
中间的网络设别没有私钥，即使截获了数据，也无法还原出内部的原文，也就无法获取到对称密钥
服务器通过私钥s'还原出客户端发送的对称密钥C,并且使用这个对称密钥加密给客户端返回的响应数据
后续客户端和服务器之间的通信都使用对称加密即可，由于该密钥只有客户端和服务器两个主句知道，其他主机和设备不知道密钥即使截获也没有意义
这个方案仍旧有一个问题：如果中间网络一开始就攻击

中间人攻击

服务器具有非对称加密算法的公钥S，私钥S'
中间人具有非对称加密算法的公钥M，私钥M'
客户端向服务器发起请求，服务器明文传送公钥S给客户端
中间人劫持数据报文，提取公钥S并且保存，然后将劫持报文中的公钥S替换成自己的公钥M，并伪造报文发送给客户端
客户端收到报文，提取报文M（客户端此时不知道公钥被替换），自己形成对称密钥X，用公钥M加密X，形成报文发送给服务器
中间人劫持后，直接用私钥M'解密，得到通信密钥X，再用曾经保存的服务端公钥S加密后，将报文推送给服务器
服务器拿到报文，用自己的私钥S'解密，得到通信密钥X
双方开始采用X进行对称加密，进行通信。但是一切都在中间人的视角内进行。
这个方案的本质问题就是，客户端无法确定收到含有公钥的数据报文，就是目标服务器发送过来的。

引入证书

CA认证

服务端在使用HTTPS之前，需要向CA机构申请一份数字证书，数字证书里含有证书申请者信息、公钥信息等。服务器把证书传给浏览器，浏览器从证书里获得公钥即可。证书就如身份证，证明服务端公钥的权威性。

这个证书可以理解成一个结构化的字符串，里面包含了一下信息：证书发布机构，证书有效期，公钥，证书所有者，签名，...

申请证书的时候，需要在特定平台生成，同时生成一对密钥，即公钥和私钥

方案5 非对称加密+对称加密+证书认证

https的整个工作流程

客户端建立https请求，服务器端确认加密，返回客户端数字证书。

客户端证书合法校验，如果非法，进行提示，如果合法，随机生成密钥R，用证书中的公钥加密R

客户端向服务端传送加密后的R，服务器收到后进行解密，获取R，使用R加密网页内容，返回加密的网页内容，客户端使用R解密网页内容。

小结

https工作过程中涉及到的密钥有三组：

第一组：非对称加密 用于校验证书是否被篡改，服务器持有私钥（私钥在形成CSR文件与申请证书时获得），客户端持有公钥（OS包含可信任的CA认证机构有哪些，同时持有对应公钥），服务器在客户端的请求后，返回携带签名的证书，客户端通过这个公钥进行验证，保证证书的合法性，确认服务端公钥的权威性

第二组：非对称加密 用于协商生成对称加密的密钥，客户端收到ca中的公钥是被信任的，给随机生成的对称加密的密钥加密，传输给服务器，服务器通过私钥获取多对称加密密钥

第三组：对称加密：客户端和服务器后续的传输过程都通过对称密钥加密解密