应用层http协议包解析与https加密策略解析

news2024/9/22 1:36:44

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文章目录

  • 一.应用层协议--http协议基础认知
  • 二.https协议加密策略解析
    • 加密策略1--通信双方只使用对称加密
    • 加密策略2--通信双方使用单方非对称加密
    • 加密策略3--通信双方都使用非对称加密
    • 加密策略4--非对称加密与对称加密配合使用
    • 中间人攻击
    • 数据签名与CA证书
    • HTTPS数据安全认证的本质:非对称加密+对称加密+证书认证

一.应用层协议–http协议基础认知

  • 图解http协议报文结构:
    在这里插入图片描述
  • http协议默认是无状态协议
  • http-request中请求行的请求方法最常用的是GET和POST
    • GET和POST方法都支持用户进行参数提交,GET方法提交参数通过URL字段进行提交,POST方法提交参数通过Cotent正文进行提交
  • http报文解析和封装的实验代码:
#pragma once
#include "log.hpp"
#include "Socket.cpp"
#include <pthread.h>
#include <fstream>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <sstream>
//协议请求处理类-->request反序列化处理类
class HttpRequest{
    const std::string Webroot_ ="./index"; // web 根目录
    const std::string sep_ = "\r\n";
    const std::string homepage_ = "index.html";
public:
    //反序列化接口-->获取请求报头和正文字段-->报头存在vector中,text放在string中
    void Deserialize(std::string request){
        int begin = 0;
        while(true){
            std::size_t pos = request.find(sep_,begin);
            if(pos == std::string::npos){
                break;
            }
            std::string temp = request.substr(begin, pos-begin);
            if(temp.empty()){
                //截取到空行,报头截取完毕
                begin = pos + sep_.size();
                break;
            }
            req_header_.push_back(std::move(temp));
            begin = pos + sep_.size();
        }
        //截取正文字段
        text_ = request.substr(begin,request.size() - begin);
    }
    //解析http报头第一行的内容,包括请求方法,请求的资源路径,请求的资源url,http协议版本,请求中的服务器资源路径
    //获取的url是服务器端口号之后的资源路径信息
    void Parse(){
        if(req_header_.size() == 0){
            lg(Warning,"req_header_ is empty\n");
            return;
        }
        //将协议报头的第一行以空格为分隔符,分别存入三个string中
        std::stringstream Stream(req_header_[0]);
        Stream >> method_ >> url_ >> http_version_;
        //从报头第一行的url字段中提取出资源在服务器上的路径和所请求的资源的文件后缀
        file_path_ = Webroot_;  //前缀加上服务器根目录
        if(url_ == "/" || url_ == "/index.html"){
            //构建Web主页路径
            file_path_ += "/";
            file_path_ += homepage_;
        }else{
            //构建资源在服务器上的路径
            file_path_ += url_;
        }
        //构建所请求的资源的文件后缀
        auto pos = file_path_.rfind(".");
        if(pos == std::string::npos){
            //默认后缀
            suffix_ = ".html";
        }
        else{
            suffix_ = file_path_.substr(pos);
        }
    }
    //打印客户端请求内容
    void DebugPrint(){
        //打印协议报头
        for(auto &line : req_header_){
            std::cout << "--------------------------------" << std::endl;
            std::cout << line << std::endl;
        }
        //打印报头解析和正文
        std::cout << "method: " << method_ << std::endl;
        std::cout << "url: " << url_ << std::endl;
        std::cout << "http_version: " << http_version_ << std::endl;
        std::cout << "file_path: " << file_path_ << std::endl;
        std::cout << "--------------------------------" << std::endl;
        std::cout << text_ << std::endl;
    }
public:
    std::vector<std::string> req_header_;   //协议报头
    std::string text_;                      //协议正文字段

    //http报头解析结果
    std::string method_;         //请求中的方法
    std::string url_;            //请求中的url字段
    std::string http_version_;   //请求中的http协议版本
    std::string file_path_;      //请求中的资源路径
    std::string suffix_;         //请求中的待读取的文件后缀
};
  • 服务端接收客户端报文并构建响应的简单服务器:
class http_server{
    const int size = 4096;
    class ThreadData{
    public:
        ThreadData(int fd, http_server *s) : sockfd(fd), svr(s){}
    public:
        int sockfd;
        http_server *svr;
    };
    const std::string Webroot_ ="./index"; // web 根目录
    const std::string sep_ = "\r\n";
    const std::string homepage_ = "index.html";
public:

    http_server(const std::string& de_ip = "172.19.29.44",uint16_t de_port = 8081)
        : socket_(de_ip,de_port){
        MAP.insert({".html", "text/html"});
        MAP.insert({".png", "image/png"});
    }
    ~http_server(){}

public:
    bool Init(){
        socket_.BuildSocket();
        socketfd_ = socket_.Get_Server_fd();
        if(!socket_.SocketBind()){
            lg(Fatal,"socket bind error\n");
            return false;
        }
        if(!socket_.Socklisten()){
            lg(Fatal,"socket listen error\n");
            return false;
        }
        return true;
    }

    void Start(){
        while(true){
            std::string client_ip;
            uint16_t client_port;
            int fd = socket_.SockAccept(client_ip,client_port);
            if(fd < 0){
                lg(Warning,"Accept error\n");
                continue;
            }
            lg(Info, "get a new connect, sockfd: %d", fd);
            ThreadData * td = new ThreadData(fd,this);
            pthread_t tid;
            pthread_create(&tid,nullptr,Routine,td);
        }
    }
private:
    static void * Routine(void * args){
        ThreadData * td = static_cast<ThreadData *>(args);
        pthread_detach(pthread_self());
        td->svr->HandlerHttp(td->sockfd);
        delete td;
        close(td->sockfd);
        return nullptr;
    }


    //处理http请求并构建http回应
    void HandlerHttp(int sockfd){
        char buffer[10240];
        //读取客户端请求
        ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
        if (n > 0){
            buffer[n] = 0;
            std::cout << buffer << std::endl;
            //对客户端请求进行解析
            HttpRequest req;
            req.Deserialize(buffer);
            req.Parse();
            req.DebugPrint();

            //构建http响应
            //读取客户端请求的文件资源,构建http响应正文
            std::string text;
            bool isFound = true;
            text = ReadHtmlContent(req.file_path_);
            if(text.empty()){
                //客户端请求的资源不存在
                isFound = false;
                std::string err_html = Webroot_;
                err_html += "/";
                err_html += "err.html";
                text = ReadHtmlContent(err_html);
                //读取404页面返回给客户端
            }

            //构建http响应报头第一行
            std::string response_line;
            if(isFound)
                response_line = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";
            else
                response_line = "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n";
            
            //构建http响应报头中的各个属性字段
            //正文长度
            std::string response_header = "Content-Length: ";
            response_header += std::to_string(text.size());
            response_header += "\r\n";
            //正文文件的类型(后缀)
            response_header += "Content-Type: ";
            response_header += SuffixToDesc(req.suffix_);
            response_header += "\r\n";
            //设置浏览器缓存-->浏览器的下一次请求中url会加上该字段
            response_header += "Set-Cookie: name=zhounaiqing&&passwd=12345678";
            response_header += "\r\n";

            //页面自动跳转定位-->浏览器读到会自动进行页面跳转
            response_header += "Location: https://www.qq.com\r\n";

            //构建空行
            std::string blank_line = "\r\n";

            //构建完整http回应字段
            std::string response = std::move(response_line);
            response += std::move(response_header);
            response += std::move(blank_line);
            response += std::move(text);
            //向客户端发送http回应
            send(sockfd, response.c_str(), response.size(), 0);
        }
    }


    std::string SuffixToDesc(const std::string &suffix){
        auto iter = MAP.find(suffix);
        if(iter == MAP.end()) return MAP[".html"];
        else return MAP[suffix];
    }
    //以二进制的方式读取文件
    static std::string ReadHtmlContent(const std::string &htmlpath){
        std::ifstream in(htmlpath, std::ios::binary);
        if(!in.is_open()){
            lg(Warning,"Html_File open error\n");
            return "";
        } 
        //文件指针定位到文件末尾
        in.seekg(0, std::ios_base::end);
        auto len = in.tellg();
        //文件指针定位到文件开头
        in.seekg(0, std::ios_base::beg);
        std::string content;
        content.resize(len);
        in.read((char*)content.c_str(), content.size());
        in.close();
        return content;
    }
private:
    MySocket::Socket socket_;
    int socketfd_;
    std::string server_ip_;
    uint16_t server_port_;
    std::unordered_map<string,string>MAP;
};

二.https协议加密策略解析

  • https协议是基于http协议的加密通信协议,其很大程度上保证CS两端的数据安全
  • 对称加密:同一个密钥可以进行报文的加密和解密操作
  • 非对称加密:存在公钥和私钥,私钥加密的报文由公钥进行解密,公钥加密的报文由私钥进行解密,使用上公钥可以对外公开,私钥保密

加密策略1–通信双方只使用对称加密

在这里插入图片描述

  • 这种加密策略需要双方通信前约定密钥的选择,因此密钥可能外泄,显然是不安全的

加密策略2–通信双方使用单方非对称加密

  • 服务器持有公钥和私钥,通信前,服务器将公钥发给客户端完成加密握手协商,后续客户端的请求报文就通过公钥加密发送给服务器
    在这里插入图片描述
  • 该加密策略显然无法保证服务端的报文安全

加密策略3–通信双方都使用非对称加密

  • 服务器和客户端都各自持有私钥,通信之前双方先交换公钥完成加密握手协商,后续通过公钥加密报文进行通信,这种通信策略的效率较为低下(非对称加密算法复杂度高)
    在这里插入图片描述

加密策略4–非对称加密与对称加密配合使用

  • 服务端持有私钥S,并将公钥S'发送给客户端,客户端利用公钥S',加密自己的对称密钥K并发送给服务端(保证了密钥K不外泄)完成加密握手协商,双方后续使用对称密钥K进行双向通信,这种通信策略的效率较高
    在这里插入图片描述
  • 策略4在四个策略中最优,但是策略2,策略3,策略4在通信前都存在一个加密握手协商的过程,在这个过程中如果存在中间人攻击,进行了密钥置换,就会导致泄密

中间人攻击

  • 以策略4为例:
    在这里插入图片描述
  • 上述密钥置换风险的本质是客户端(或服务端)无法识别公钥本身的真正来源,因此必须引入证书补全这个安全漏洞

数据签名与CA证书

在这里插入图片描述

  • CA证书是由权威机构向服务端机构颁发的公钥身份证,用于确保客户端能够识别出公钥来源的合法性,其识别原理的核心在于证书上的数据签名.
  • CA证书上的数据签名是一段由CA机构私钥加密的密文,密文中被加密的内容是证书上数据的哈希映射值(并且是不可逆映射),所有的操作系统在出厂前内置了CA机构公开的公钥,因此客户端可以对CA证书上的数据签名进行解密得到一个原证书数据的哈希散列值Hash1,此时客户端再将证书上的实时数据进行哈希映射得到哈希散列值Hash2,若Hash1与Hash2不相同,则说明证书被中间人篡改过,此时客户端可以向用户发出安全性警告.
  • 需要注意的是,数据签名是由CA机构用私钥进行加密的,由于CA机构的私钥是绝对保密的,因此中间人没有办法重新生成新的数据签名,所以数据签名是绝对权威性的
  • CA证书认证过程图解:
    在这里插入图片描述

HTTPS数据安全认证的本质:非对称加密+对称加密+证书认证

  • HTTPS协议工作流程:
    在这里插入图片描述
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