HTTPS 對訪問速度的影響

在介紹速度優(yōu)化策略之前，先來看下 HTTPS 對速度有什么影響。影響主要來自兩方面：

1. 協(xié)議交互所增加的網(wǎng)絡(luò) RTT(round trip time)。

2. 加解密相關(guān)的計(jì)算耗時(shí)。

下面分別介紹一下。

網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)增加

由于 HTTP 和 HTTPS 都需要 DNS 解析，并且大部分情況下使用了 DNS 緩存，為了突出對比效果，忽略主域名的 DNS 解析時(shí)間。
用戶使用 HTTP 協(xié)議訪問 http://chengdu.cdcxhl.com(或者 chengdu.cdcxhl.com) 時(shí)會(huì)有如下網(wǎng)絡(luò)上的交互耗時(shí)：

圖 1 HTTP 首個(gè)請求的網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)
可見，用戶只需要完成 TCP 三次握手建立 TCP 連接就能夠直接發(fā)送 HTTP 請求獲取應(yīng)用層數(shù)據(jù)，此外在整個(gè)訪問過程中也沒有需要消耗計(jì)算資源的地方。
接下來看 HTTPS 的訪問過程，相比 HTTP 要復(fù)雜很多，在部分場景下，使用 HTTPS 訪問有可能增加 7 個(gè) RTT。如下圖：

圖 2 HTTPS 首次請求對訪問速度的影響
HTTPS 首次請求需要的網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)解釋如下：

1. 三次握手建立 TCP 連接。耗時(shí)一個(gè) RTT。

2. 使用 HTTP 發(fā)起 GET 請求，服務(wù)端返回 302 跳轉(zhuǎn)到 http://chengdu.cdcxhl.com。需要一個(gè) RTT 以及 302 跳轉(zhuǎn)延時(shí)。

• 大部分情況下用戶不會(huì)手動(dòng)輸入 http://chengdu.cdcxhl.com;來訪問 HTTPS，服務(wù)端只能返回 302 強(qiáng)制瀏覽器跳轉(zhuǎn)到 https。

• 瀏覽器處理 302 跳轉(zhuǎn)也需要耗時(shí)。

3. 三次握手重新建立 TCP 連接。耗時(shí)一個(gè) RTT。

• 302 跳轉(zhuǎn)到 HTTPS 服務(wù)器之后，由于端口和服務(wù)器不同，需要重新完成三次握手，建立 TCP 連接。

4. TLS 完全握手階段一。耗時(shí)至少一個(gè) RTT。

• 這個(gè)階段主要是完成加密套件的協(xié)商和證書的身份認(rèn)證。

• 服務(wù)端和瀏覽器會(huì)協(xié)商出相同的密鑰交換算法、對稱加密算法、內(nèi)容一致性校驗(yàn)算法、證書簽名算法、橢圓曲線（非 ECC 算法不需要）等。

• 瀏覽器獲取到證書后需要校驗(yàn)證書的有效性，比如是否過期，是否撤銷。

5. 解析 CA 站點(diǎn)的 DNS。耗時(shí)一個(gè) RTT。

• 瀏覽器獲取到證書后，有可能需要發(fā)起 OCSP 或者 CRL 請求，查詢證書狀態(tài)。

• 瀏覽器首先獲取證書里的 CA 域名。

• 如果沒有命中緩存，瀏覽器需要解析 CA 域名的 DNS。

6. 三次握手建立 CA 站點(diǎn)的 TCP 連接。耗時(shí)一個(gè) RTT。

• DNS 解析到 IP 后，需要完成三次握手建立 TCP 連接。

7. 發(fā)起 OCSP 請求，獲取響應(yīng)。耗時(shí)一個(gè) RTT。

8. 完全握手階段二，耗時(shí)一個(gè) RTT 及計(jì)算時(shí)間。

• 完全握手階段二主要是密鑰協(xié)商。

9. 完全握手結(jié)束后，瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行應(yīng)用層（也就是 HTTP）數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng)然不是每個(gè)請求都需要增加 7 個(gè) RTT 才能完成 HTTPS 首次請求交互。大概只有不到 0.01% 的請求才有可能需要經(jīng)歷上述步驟，它們需要滿足如下條件：

1. 必須是首次請求。即建立 TCP 連接后發(fā)起的第一個(gè)請求，該連接上的后續(xù)請求都不需要再發(fā)生上述行為。

2. 必須要發(fā)生完全握手，而正常情況下 80% 的請求能實(shí)現(xiàn)簡化握手。

3. 瀏覽器需要開啟 OCSP 或者 CRL 功能。Chrome 默認(rèn)關(guān)閉了 ocsp 功能，firefox 和 IE 都默認(rèn)開啟。

4. 瀏覽器沒有命中 OCSP 緩存。Ocsp 一般的更新周期是 7 天，firefox 的查詢周期也是 7 天，也就說是 7 天中才會(huì)發(fā)生一次 ocsp 的查詢。

5. 瀏覽器沒有命中 CA 站點(diǎn)的 DNS 緩存。只有沒命中 DNS 緩存的情況下才會(huì)解析 CA 的 DNS。

2.2 計(jì)算耗時(shí)增加

上節(jié)還只是簡單描述了 HTTPS 關(guān)鍵路徑上必須消耗的純網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)，沒有包括非常消耗 CPU 資源的計(jì)算耗時(shí)，事實(shí)上計(jì)算耗時(shí)也不?。?0ms 以上），從瀏覽器和服務(wù)器的角度分別介紹一下：

1. 瀏覽器計(jì)算耗時(shí)

• RSA 證書簽名校驗(yàn)，瀏覽器需要解密簽名，計(jì)算證書哈希值。如果有多個(gè)證書鏈，瀏覽器需要校驗(yàn)多個(gè)證書。

• RSA 密鑰交換時(shí)，需要使用證書公鑰加密 premaster。耗時(shí)比較小，但如果手機(jī)性能比較差，可能也需要 1ms 的時(shí)間。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要計(jì)算橢圓曲線的公私鑰。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要使用證書公鑰解密獲取服務(wù)端發(fā)過來的 ECC 公鑰。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要根據(jù)服務(wù)端公鑰計(jì)算 master key。

• 應(yīng)用層數(shù)據(jù)對稱加解密。

• 應(yīng)用層數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)。

2. 服務(wù)端計(jì)算耗時(shí)

• RSA 密鑰交換時(shí)需要使用證書私鑰解密 premaster。這個(gè)過程非常消耗性能。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要計(jì)算橢圓曲線的公私鑰。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要使用證書私鑰加密 ECC 的公鑰。

• ECC 密鑰交換時(shí)，需要根據(jù)瀏覽器公鑰計(jì)算共享的 master key。

• 應(yīng)用層數(shù)據(jù)對稱加解密。

• 應(yīng)用層數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)。

由于客戶端的 CPU 和操作系統(tǒng)種類比較多，所以計(jì)算耗時(shí)不能一概而論。手機(jī)端的 HTTPS 計(jì)算會(huì)比較消耗性能，單純計(jì)算增加的延遲至少在 50ms 以上。PC 端也會(huì)增加至少 10ms 以上的計(jì)算延遲。
服務(wù)器的性能一般比較強(qiáng)，但由于 RSA 證書私鑰長度遠(yuǎn)大于客戶端，所以服務(wù)端的計(jì)算延遲也會(huì)在 5ms 以上。

本文標(biāo)題：HTTPS 對訪問速度的影響
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