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HTTPS 對訪問速度的影響

2016-09-18    分類: 網站建設

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

  1. 協議交互所增加的網絡 RTT(round trip time)。

  2. 加解密相關的計算耗時。

下面分別介紹一下。

網絡耗時增加

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 解析時間。
用戶使用 HTTP 協議訪問 http://chengdu.cdcxhl.com(或者 chengdu.cdcxhl.com) 時會有如下網絡上的交互耗時:


圖 1 HTTP 首個請求的網絡耗時
可見,用戶只需要完成 TCP 三次握手建立 TCP 連接就能夠直接發送 HTTP 請求獲取應用層數據,此外在整個訪問過程中也沒有需要消耗計算資源的地方。
接下來看 HTTPS 的訪問過程,相比 HTTP 要復雜很多,在部分場景下,使用 HTTPS 訪問有可能增加 7 個 RTT。如下圖:

圖 2 HTTPS 首次請求對訪問速度的影響
HTTPS 首次請求需要的網絡耗時解釋如下:

  1. 三次握手建立 TCP 連接。耗時一個 RTT。

  2. 使用 HTTP 發起 GET 請求,服務端返回 302 跳轉到 http://chengdu.cdcxhl.com。需要一個 RTT 以及 302 跳轉延時。

    • 大部分情況下用戶不會手動輸入 http://chengdu.cdcxhl.com;來訪問 HTTPS,服務端只能返回 302 強制瀏覽器跳轉到 https。

    • 瀏覽器處理 302 跳轉也需要耗時。

  3. 三次握手重新建立 TCP 連接。耗時一個 RTT。

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

  4. TLS 完全握手階段一。耗時至少一個 RTT。

    • 這個階段主要是完成加密套件的協商和證書的身份認證。

    • 服務端和瀏覽器會協商出相同的密鑰交換算法、對稱加密算法、內容一致性校驗算法、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證書的有效性,比如是否過期,是否撤銷。

  5. 解析 CA 站點的 DNS。耗時一個 RTT。

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

    • 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 站點的 TCP 連接。耗時一個 RTT。

    • DNS 解析到 IP 后,需要完成三次握手建立 TCP 連接。

  7. 發起 OCSP 請求,獲取響應。耗時一個 RTT。

  8. 完全握手階段二,耗時一個 RTT 及計算時間。

    • 完全握手階段二主要是密鑰協商。

  9. 完全握手結束后,瀏覽器和服務器之間進行應用層(也就是 HTTP)數據傳輸。

當然不是每個請求都需要增加 7 個 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 連接后發起的第一個請求,該連接上的后續請求都不需要再發生上述行為。

  2. 必須要發生完全握手,而正常情況下 80% 的請求能實現簡化握手。

  3. 瀏覽器需要開啟 OCSP 或者 CRL 功能。Chrome 默認關閉了 ocsp 功能,firefox 和 IE 都默認開啟。

  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 天中才會發生一次 ocsp 的查詢。

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

2.2 計算耗時增加

上節還只是簡單描述了 HTTPS 關鍵路徑上必須消耗的純網絡耗時,沒有包括非常消耗 CPU 資源的計算耗時,事實上計算耗時也不小(30ms 以上),從瀏覽器和服務器的角度分別介紹一下:

  1. 瀏覽器計算耗時

    • RSA 證書簽名校驗,瀏覽器需要解密簽名,計算證書哈希值。如果有多個證書鏈,瀏覽器需要校驗多個證書。

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

    • ECC 密鑰交換時,需要計算橢圓曲線的公私鑰。

    • ECC 密鑰交換時,需要使用證書公鑰解密獲取服務端發過來的 ECC 公鑰。

    • ECC 密鑰交換時,需要根據服務端公鑰計算 master key。

    • 應用層數據對稱加解密。

    • 應用層數據一致性校驗。

  2. 服務端計算耗時

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

    • ECC 密鑰交換時,需要計算橢圓曲線的公私鑰。

    • ECC 密鑰交換時,需要使用證書私鑰加密 ECC 的公鑰。

    • ECC 密鑰交換時,需要根據瀏覽器公鑰計算共享的 master key。

    • 應用層數據對稱加解密。

    • 應用層數據一致性校驗。

由于客戶端的 CPU 和操作系統種類比較多,所以計算耗時不能一概而論。手機端的 HTTPS 計算會比較消耗性能,單純計算增加的延遲至少在 50ms 以上。PC 端也會增加至少 10ms 以上的計算延遲。
服務器的性能一般比較強,但由于 RSA 證書私鑰長度遠大于客戶端,所以服務端的計算延遲也會在 5ms 以上。

本文標題:HTTPS 對訪問速度的影響
本文鏈接:http://m.newbst.com/news12/46462.html

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