摘要：使用約定好的計(jì)算握手消息，并使用生產(chǎn)的隨機(jī)數(shù)對(duì)消息進(jìn)行加密，最后將之前生成的所有消息發(fā)送給網(wǎng)站。之后所有的通信數(shù)據(jù)將由之前瀏覽器生成的隨機(jī)密碼并利用對(duì)稱加密算法進(jìn)行加密。支持四個(gè)異步事件。

由于HTTP沒(méi)有加密機(jī)制，其傳輸?shù)膬?nèi)容很容易泄漏，并且HTTP協(xié)議沒(méi)法確認(rèn)通信方，也無(wú)法保證接收到的報(bào)文在傳輸過(guò)程中是否被篡改，因此HTTPS是在HTTP協(xié)議的基礎(chǔ)上提供了加密、認(rèn)證和完整性保護(hù)的功能。HTTPS并非是應(yīng)用層的一種新協(xié)議，只是HTTP通信接口部分用SSL和TLS協(xié)議代替而已，通常HTTP直接和傳輸層的TCP協(xié)議通信，當(dāng)使用了SSL后，HTTP先和SSL協(xié)議通信，SSL再和TCP協(xié)議通信。

近代的加密方法中加密算法是公開(kāi)的，而密鑰卻是保密的，加密和解密都需要用到密鑰，沒(méi)有密鑰就沒(méi)法對(duì)加密內(nèi)容進(jìn)行解密，通過(guò)這種方式得以保持加密方法的安全性。加密和解密同用一個(gè)密鑰的方式陳為共享密鑰加密，也被稱為對(duì)稱密鑰加密。以共享密鑰方式的加密必須將密鑰也發(fā)給對(duì)方，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送密鑰很容易被攻擊者獲取。并且服務(wù)器如果對(duì)所有客戶端都使用同樣的共享密鑰，無(wú)異于沒(méi)有加密，所以HTTPS采用生成的隨機(jī)數(shù)來(lái)作為共享加密算法的密鑰。

公開(kāi)密鑰加密使用一對(duì)非對(duì)稱的密鑰，一把叫做私有密鑰，一把叫做公有密鑰，發(fā)送密文的一方使用對(duì)方的公開(kāi)密鑰進(jìn)行加密處理，對(duì)方收到被加密的信息后，再使用自己的私有密鑰進(jìn)行解密，這樣就不用擔(dān)心密鑰被攻擊者獲取。

HTTPS采用共享密鑰加密和公開(kāi)密鑰加密兩者并用的混合加密機(jī)制，如果僅僅保證密鑰的安全性，使用公開(kāi)密鑰加密的方式就可以實(shí)現(xiàn)了，但是公開(kāi)密鑰加密方式比共享密鑰加密，其處理速度要慢。所以HTTPS在交換密鑰環(huán)節(jié)采用公開(kāi)密鑰加密方式，之后建立通信交換報(bào)文階段采用共享密鑰加密方式。

公開(kāi)密鑰加密方式也不能保證公開(kāi)密鑰本身的真實(shí)性，比如，在與某臺(tái)服務(wù)器建立連接時(shí)，無(wú)法保證接收到的公開(kāi)密鑰就是需要連接的那個(gè)服務(wù)器的密鑰，這個(gè)時(shí)候可以采用數(shù)字證書(shū)認(rèn)證機(jī)構(gòu)和其相關(guān)機(jī)關(guān)頒發(fā)的公開(kāi)密鑰證書(shū)。

首先，客戶端會(huì)發(fā)送一個(gè)https的請(qǐng)求，把自身支持的一系列密鑰算法組件(Cipher Suite)發(fā)送給服務(wù)器。

服務(wù)器接收到客戶端所有的Cipher后與自身支持的對(duì)比，如果不支持則連接斷開(kāi)，反之則會(huì)從中選擇一種加密算法和HASH算法以證書(shū)的形式返回給客戶端，證書(shū)中包含了加密公鑰，頒證機(jī)構(gòu)，網(wǎng)站地址，失效日期等等。

客戶端收到服務(wù)器端的響應(yīng)后會(huì)做以下幾件事：
1：驗(yàn)證證書(shū)的合法性，頒發(fā)證書(shū)的機(jī)構(gòu)是否合法與是否過(guò)期，證書(shū)中包含的網(wǎng)站地址是否與正在訪問(wèn)的地址一致等，證書(shū)驗(yàn)證通過(guò)后，在瀏覽器的地址欄會(huì)加上一把小鎖。
2：證書(shū)驗(yàn)證通過(guò)后，生成隨機(jī)密碼，用證書(shū)中的公鑰加密。
3：使用約定好的HASH計(jì)算握手消息，并使用生產(chǎn)的隨機(jī)數(shù)對(duì)消息進(jìn)行加密，最后將之前生成的所有消息發(fā)送給網(wǎng)站。

服務(wù)器接收到客戶端傳來(lái)的密文，用自己的私鑰來(lái)解密取出隨機(jī)數(shù)密碼，然后用隨機(jī)數(shù)密碼解密瀏覽器發(fā)送過(guò)來(lái)的握手消息，并驗(yàn)證HASH是否是與瀏覽器發(fā)來(lái)的一致，然后使用密碼加密一段握手消息，發(fā)送給瀏覽器。

客戶端用隨機(jī)數(shù)解密并計(jì)算出握手消息的HASH，如果與服務(wù)器端發(fā)來(lái)的HASH一致，此時(shí)握手過(guò)程結(jié)束。

之后所有的通信數(shù)據(jù)將由之前瀏覽器生成的隨機(jī)密碼并利用對(duì)稱加密算法進(jìn)行加密。因?yàn)檫@串密碼只有客戶端和服務(wù)器知道，所有即使中間請(qǐng)求被攔截也是沒(méi)法解密數(shù)據(jù)的，以此保證了通信的安全。
其中非對(duì)稱加密算法用于在握手消息過(guò)程中加密生成的隨機(jī)數(shù)密碼，對(duì)稱加密算法用于對(duì)真正傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，而HASH算法用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性，TLS握手過(guò)程中如果有任何錯(cuò)誤，都會(huì)使加密連接斷開(kāi)，從而阻止了隱私信息的傳輸，由于HTTPS非常的安全，攻擊者無(wú)法從中找到下手的地方，于是更多的是采用了假證書(shū)的手法來(lái)欺騙客戶端，從而獲取明文的信息。

瀏覽器在對(duì)證書(shū)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，以下幾種情況會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)證失?。?/p>

SSL證書(shū)不是由受信任的CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的

證書(shū)過(guò)期

訪問(wèn)的網(wǎng)站域名與證書(shū)綁定的域名不一致

對(duì)HTTPS最常見(jiàn)的攻擊手段就是SSL證書(shū)欺騙或者叫SSL劫持，是一種典型的中間人攻擊，不過(guò)SSL劫持并非只是用于攻擊目的，在一些特殊情況下利用SSL劫持可以更順暢的訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。SSL劫持需要將攻擊者接入到瀏覽器與目標(biāo)網(wǎng)站之間，在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，替換目標(biāo)網(wǎng)站發(fā)給瀏覽器的證書(shū)，之后解密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，中間人攻擊最好的環(huán)境是在局域網(wǎng)中，因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)中所有的計(jì)算機(jī)需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)接入互聯(lián)網(wǎng)，因此攻擊者只需要實(shí)施一次中間人攻擊就可以順利的截獲所有計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。一般SSL劫持，瀏覽器會(huì)給出證書(shū)錯(cuò)誤的提示，如果繼續(xù)訪問(wèn)，所有加密的數(shù)據(jù)都可以被攻擊者解密。

SSLStrip攻擊也需要將攻擊者設(shè)置為中間人，之后將HTTPS訪問(wèn)替換為HTTP返回給瀏覽器，由于HTTP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是未加密的，從而截獲用戶訪問(wèn)的數(shù)據(jù)。對(duì)于登錄賬號(hào)密碼等關(guān)鍵信息，可以在發(fā)送之前用javaScript進(jìn)行一次加密處理，這種方法對(duì)SSLScrip和SSL劫持都是有效的。

HTTPS也存在一些問(wèn)題，那就是處理速度會(huì)變慢，一是由于存在HTTPS握手環(huán)節(jié)，導(dǎo)致通信變慢，二是由于存在傳輸信息加密處理，消耗CPU及內(nèi)存資源，這對(duì)于高并發(fā)的服務(wù)器而言，更是一種性能瓶頸，所以服務(wù)器只是對(duì)含有敏感信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

HTTP協(xié)議的通信都是瀏覽器發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器接收請(qǐng)求后進(jìn)行處理并返回結(jié)果，瀏覽器再將接收到的信息進(jìn)行渲染，這種機(jī)制對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用場(chǎng)景顯得捉襟見(jiàn)肘，傳統(tǒng)請(qǐng)求-響應(yīng)模式的web開(kāi)發(fā)通常采用輪詢方案，就是瀏覽器以一定時(shí)間間隔頻繁的向服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，來(lái)保持客戶端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，但是服務(wù)器數(shù)據(jù)可能并沒(méi)有更新，會(huì)帶來(lái)很多無(wú)謂的請(qǐng)求，浪費(fèi)帶寬，效率低下。

webSocket是HTML5下的一種新的協(xié)議，基于TCP傳輸協(xié)議，本身屬于應(yīng)用層協(xié)議，并且復(fù)用了HTTP握手通道。它實(shí)現(xiàn)了瀏覽器與服務(wù)器的全雙工通信，能更好的節(jié)省服務(wù)器資源和帶寬并達(dá)到實(shí)時(shí)通訊的目的，webSocket與HTTP長(zhǎng)連接的區(qū)別：HTTP長(zhǎng)連接在建立TCP連接后，在每個(gè)請(qǐng)求中任需要多帶帶發(fā)送請(qǐng)求頭，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实?，并且服?wù)器不能主動(dòng)給瀏覽器推送數(shù)據(jù)。

webSocket借用HTTP的協(xié)議來(lái)完成握手，首先通過(guò)HTTP發(fā)起請(qǐng)求報(bào)文，報(bào)文如下：

GET / HTTP/1,1
Host: localhost:8080
Origin: http://127.0.0.1:3000
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-key:w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==
Sec-WebSocket-Protocol:chat, superchat
Sec-WebSocket-Version:13

在上面的HTTP請(qǐng)求頭中，Connection和Upgrade字段表示請(qǐng)求服務(wù)器升級(jí)協(xié)議為webSocket，其中Sec-WebSocket-key的值是隨機(jī)生成的Base64編碼的字符串，Sec-WebSocket-Protocol和Sec-WebSocket-Version字段指定子協(xié)議和版本。服務(wù)器響應(yīng)頭如下：

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection:Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

狀態(tài)碼101表示協(xié)議切換，到此完成協(xié)議升級(jí)，后續(xù)的數(shù)據(jù)交互都按照新的協(xié)議來(lái)。Sec-WebSocket-Accept是根據(jù)請(qǐng)求字段Sec-WebSocket-key計(jì)算出來(lái)的，其計(jì)算過(guò)程為：

將Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11字符串進(jìn)行拼接，形成新的字符串w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11；

通過(guò)sha1算法計(jì)算出結(jié)果，并轉(zhuǎn)換成base64字符串。

瀏覽器會(huì)校驗(yàn)Sec-WebSocket-Accept的值，如果成功，webSocket的握手成功將開(kāi)始接下來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸。

webSocket傳輸數(shù)據(jù)的基本單位是幀，一般webScoket傳輸?shù)囊粭l消息會(huì)被切割成多個(gè)幀，數(shù)據(jù)幀有一個(gè)標(biāo)志位FIN，F(xiàn)IN=1表示這是消息的最后一幀，接收端接收到幀數(shù)據(jù)后，如果該幀的FIN標(biāo)識(shí)為1，就會(huì)將已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)幀組裝成一個(gè)完整的消息。

var Socket = new WebSocket(url,[protocol])

URL字符串必須以“ws”或“wss”(加密通信時(shí))文字作為開(kāi)頭，protocol是Web應(yīng)用能夠使用的協(xié)議，可以是字符串，也可以是數(shù)組，如果一下代碼中proto1和proto2是定義明確、可能已注冊(cè)且標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議名稱，它們能夠同時(shí)為客戶端和服務(wù)器所理解，服務(wù)器會(huì)從列表中選擇首選協(xié)議。webSocket支持onopen、onmessage、onclose、onerror四個(gè)異步事件。

if(window.WebScoket){
        var url = "ws://localhost:8080/test"
        var socket = new WebSocket(url,["proto1","proto2"])

        socket.onopen = function(){
            socket.send("message")
        }
        socket.onmessage = function(e){
            console.log(e.data)
        }
        socket.onclose = function(){

        }
        socket.onerror = function(){

        }

        var arr = new Uint8Array([8,3,4,5,7,0,9])
        socket.send(arr.buffer)

        socket.binaryType = "arrayBuffer"    // 設(shè)置接收ArrayBuffer對(duì)象
        socket.binaryType = "blob"       // 設(shè)置接收blob對(duì)象
        socket.onmessage = function(e){
            console.log(e.data)
        }
    }

webSocket.bufferAmount屬性表示已在WebSocket上發(fā)送但尚未寫(xiě)入網(wǎng)絡(luò)的字節(jié)數(shù)，一般用于調(diào)節(jié)發(fā)送速率。WebSocket API支持以二進(jìn)制發(fā)送Blob和ArrayBuffer實(shí)例。當(dāng)然也可以設(shè)置接收Blob和ArrayBuffer對(duì)象。

webSocket的數(shù)據(jù)幀格式為以下部分：

FIN：1位，表示是否結(jié)束, 1:結(jié)束
RSV[1-3]：用于協(xié)商擴(kuò)展
opcode: 4位，0，1，2屬于數(shù)據(jù)幀，8，9，10屬于控制幀
mask:掩碼，0表示不使用亞掩碼，一般服務(wù)器回消息不會(huì)使用掩碼，接收消息需要掩碼
payloadLen 0-125 直接表示 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

        126，后面16位對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
        127，后面64位對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

masking-key：如果mask為1，后面32位作為masking-key，mask為0，則缺省
payload Data: 負(fù)載的數(shù)據(jù)
其連接的代碼為：

const server = http.createServer((req,res) => {
    res.writeHead(200,{"Content-Type":"text/plain"})
    res.send("hello world")
})



server.on("upgrade",(req,socket,upgradeHead) => {
    var key = req.headers["sec-websocket-key"]
    var accept = crypto.createHash("sha1").update(key + GUID).digest("base64")
    var headers = [
        "HTTP/1.1 101 Switching protocols",
        "Upgrade: websocket",
        "Connection: Upgrade",
        "Sec-WebSocket-Accept: " + accept,
        "
"
    ]
    socket.setNoDelay(true)
    socket.write(headers.join("
"))
    var websocket = new WebSocket()
    websocket.setSocket(socket)
})
// websocket對(duì)象

function WebSocket(){
    this.socket = null
    this.buffer = null
}
WebSocket.prototype.setSocket = function(socket){
    this.socket = socket
    var data = []
    this.socket.on("data",(chunk) => {
        data.push(chunk)
    })
    this.socket.on("end",() => {
        this.buffer = Buffer.concat(data)
        var frame = this.decodeMessage(this.buffer)
        console.log(frame)
        console.log(frame.payloadData.toString())
    })
}
WebSocket.prototype.decodeMessage = (buffer) => {
    let start = 0
    let frame = {
        isFinal:(buffer[start] & 0x80) === 0x80,
        opcode:buffer[start++] & 0xF,
        masked:(buffer[start] & 0x80) === 0x80,
        payloadLen:buffer[start++] & 0x7F,
        maskingKey:"",
        payloadData:null
    }
    if(frame.payloadLen === 126){
        frame.payloadLen = (buffer[start++] << 8) + buffer[start++]
    }else if(frame.payloadLen === 127){
        frame.payloadLen = 0
        for(let i = 7; i >= 0; i--){
            frame.payloadLen = (buffer[start++] << (8 * i))
        }
    }
    if(frame.payloadLen){
        if(frame.masked){
            const maskingKey = [
                buffer[start++],
                buffer[start++],
                buffer[start++],
                buffer[start++]
            ]
            frame.maskingKey = maskingKey
            frame.payloadData = buffer.slice(start,start + frame.payloadLen)
                .map((byte,idx) => byte ^ maskingKey[idx % 4])
        }else{
            frame.payloadData = buffer.slice(start,start + frame.payloadLen)
        }
    }
    return frame
}


module.exports = WebSocket