关于启用 HTTPS 的一些经验分享
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。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-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：
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。
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：
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 Lis。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。
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。
