启用 HTTPS 的一些经验分享
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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。
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 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 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（Chrome、Firefox、Safari、Microsoft Edge），基本上都遵守了 W3C 的 Mixed Content 规范，将 Mixed Content 分为 Optionally-blockable 和 Blockable 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> 和 <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都允许加载 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。
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；列表可以定期更新。
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。