HPKP

HTTP 公钥固定 (HPKP) 详解：为你的网站增加一层安全保障

HTTP 公钥固定 (HPKP)，现已弃用，但其原理和历史意义对于理解现代 Web 安全至关重要。本文将深入探讨 HPKP 的概念、运作方式、优势、劣势，以及它为何最终被放弃，并与现代替代方案进行对比。HPKP 的核心目标是提升 HTTPS 的安全性，防止恶意攻击者利用被证书颁发机构 (CA) 攻破的情况进行中间人攻击。

什么是 HTTP 公钥固定？

HPKP 是一种 Web 安全机制，它允许网站告诉 Web 浏览器哪些 SSL/TLS 证书或证书颁发机构是可信的。简单来说，它就像给浏览器提供了一个“白名单”，浏览器只接受来自白名单中证书或 CA 的证书连接。这与传统的证书验证方式不同，传统的验证方式依赖于信任整个 CA 系统。

在默认情况下，浏览器信任预定义的根证书，这些根证书由各个操作系统和浏览器厂商维护。当浏览器连接到 HTTPS 网站时，它会验证网站提供的证书链，确保该链可以追溯到受信任的根证书。然而，如果某个 CA 被攻破，攻击者就可以伪造证书，从而进行中间人攻击。

HPKP 通过绕过部分 CA 系统，直接将信任锚定在特定的公钥上，从而减轻了这种风险。网站可以通过 HTTP 响应头告知浏览器哪些公钥或 CA 是可信的。

HPKP 的运作方式

HPKP 的实现基于 HTTP 响应头 `Public-Key-Pins`。该响应头包含一个或多个 “pin”，每个 pin 代表一个可信的公钥或证书颁发机构。pin 的格式如下：

``` pins="pin-sha256=<SHA256 散列值>, pin-sha256=<SHA256 散列值>, ...;" ```

`pin-sha256`：指定使用 SHA256 算法对公钥进行哈希处理。
`<SHA256 散列值>`：公钥的 SHA256 哈希值。

浏览器在建立 HTTPS 连接时，会验证服务器提供的证书的公钥的 SHA256 哈希值是否与 `Public-Key-Pins` 响应头中指定的哈希值匹配。如果匹配，则连接可以继续；如果不匹配，则浏览器会拒绝连接，从而阻止潜在的中间人攻击。

HPKP 还支持 `includeSubDomains` 指令，允许将 pin 应用于所有子域名。例如：

``` pins="pin-sha256=<SHA256 散列值>, includeSubDomains;" ```

HPKP 的优势

**增强安全性：** HPKP 显著降低了因 CA 被攻破而导致中间人攻击的风险。即使攻击者获得了 CA 的控制权，他们也无法伪造证书，除非他们能够获得与网站 pin 匹配的公钥。
**抵御恶意证书：** 即使攻击者成功申请了恶意证书，如果该证书的公钥不匹配 pin，浏览器也会拒绝连接。
**主动防御：** HPKP 是一种主动的安全措施，它允许网站主动控制哪些证书是可信的，而不是依赖于 CA 的验证。
**减少对 CA 的依赖：** 通过将信任锚定在特定的公钥上，HPKP 减少了对整个 CA 系统的依赖。

HPKP 的劣势

**配置复杂：** 正确配置 HPKP 可能很复杂。需要仔细选择要 pin 的公钥，并考虑备用 pin 的问题。
**难以撤销：** 一旦 pin 设置错误，撤销它可能非常困难。如果网站需要更换证书，必须更新所有客户端的缓存，否则用户可能会无法访问该网站。这涉及到 DNS 缓存和浏览器缓存等多个层面。
**兼容性问题：** 早期版本的浏览器可能不支持 HPKP。
**错误配置的风险：** 如果配置不当，HPKP 可能会导致网站无法访问，甚至可能导致拒绝服务攻击。
**维护成本：** 证书轮换和密钥管理需要持续的维护工作。
**证书透明度 (CT) 的兴起：** 证书透明度提供了另一种增强 HTTPS 安全性的方法，它通过公开记录所有颁发的证书来提高透明度和可审计性。CT 的普及降低了对 HPKP 的需求。
**备用 pin 的重要性：** 如果主 pin 失效，没有有效的备用 pin 会导致网站无法访问。
**长期维护的难度：** 随着密钥的轮换，需要及时更新 pin，否则可能导致安全漏洞。

HPKP 的替代方案

由于 HPKP 的缺点，特别是撤销难题，Google 和 Mozilla 等浏览器厂商已经逐步弃用了 HPKP。它们推荐使用更灵活、更易于管理的替代方案，例如：

**证书透明度 (CT)：** CT 是一种公开的日志系统，记录所有颁发的 SSL/TLS 证书。通过监控 CT 日志，可以检测到恶意证书或未经授权的证书颁发。
**Expect-CT：** Expect-CT 是一个 HTTP 响应头，允许网站要求浏览器验证证书是否已发布到 CT 日志中。
**CRLite：** CRLite 是一个证书撤销列表 (CRL) 的压缩版本，可以提高 CRL 的性能和可用性。
**自动化证书管理 (ACM)：** 使用 Let's Encrypt 等 ACM 工具可以自动生成和更新 SSL/TLS 证书，从而简化证书管理过程。
**短期证书：** 使用有效期较短的证书可以降低证书被攻破的风险。

HPKP 的历史和现状

HPKP 最初由 Google 提出，并在 2015 年被标准化。然而，由于其固有的缺点，HPKP 的使用率一直不高。2020 年，Google 和 Mozilla 宣布弃用 HPKP。Chrome 已经移除了对 HPKP 的支持，Firefox 也计划在未来移除支持。

虽然 HPKP 已经不再被推荐使用，但了解其原理仍然很重要，因为它有助于理解现代 Web 安全的演变。

HPKP 与其他安全技术

HPKP 与其他 Web 安全技术之间存在着复杂的交互关系。

**HSTS (HTTP Strict Transport Security)：** HSTS 强制浏览器始终使用 HTTPS 连接到网站。HPKP 可以与 HSTS 结合使用，以提供更强大的安全性。HSTS 预加载可以进一步提高 HSTS 的安全性。
**Content Security Policy (CSP)：** CSP 允许网站控制浏览器可以加载的资源，从而降低跨站脚本攻击 (XSS) 的风险。
**Subresource Integrity (SRI)：** SRI 允许网站验证从 CDN 加载的资源的完整性，从而防止恶意代码注入。
**SSL/TLS 协议：** HPKP 建立在 SSL/TLS 协议之上，它负责加密 Web 流量。TLS 1.3 是最新的 TLS 协议版本，提供了更高的安全性。
**Web 应用防火墙 (WAF)：** WAF 可以过滤恶意流量，保护 Web 应用程序免受攻击。

结论

HTTP 公钥固定 (HPKP) 是一种曾经被认为是增强 HTTPS 安全性的有希望的技术。然而，由于其配置复杂、难以撤销以及与现代替代方案相比缺乏灵活性，HPKP 最终被弃用。现在，证书透明度 (CT)、Expect-CT 和自动化证书管理 (ACM) 等技术已经成为更有效、更易于管理的解决方案。

理解 HPKP 的历史和原理有助于我们更好地理解现代 Web 安全的演变，并选择最适合自己需求的安全性措施。网站运营者应该关注最新的安全最佳实践，并及时更新其安全策略，以保护用户的数据和隐私。了解 SSL 证书管理对于维护网站安全性至关重要。同时也应该关注渗透测试和漏洞扫描以发现潜在的安全风险。

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