HTTP & HTTPS

1. HTTP란?

• Hyper Text Transfer Protocol
• 서버/클라이언트 모델을 따라 데이터를 주고 받기 위한 프로토콜
• HTTP는 1989년 팀 버너스 리(Tim Berners Lee)에 의해 처음 설계되었으며, WWW(World-Wide-Web) 기반에서 세계적인 정보를 공유하는데 큰 역할을 하였다.
• HTTP는 인터넷에서 하이퍼텍스트를 교환하기 위한 통신 규약으로, 80번 포트를 사용하고 있다. 따라서 HTTP 서버가 80번 포트에서 요청을 기다리고 있으며, 클라이언트는 80번 포트로 요청을 보내게 된다.

HTTP의 구조

• HTTP는 애플리케이션 레벨의 프로토콜로 TCP/IP 위에서 작동한다. HTTP는 상태를 가지고 있지 않는 Stateless 프로토콜이며 Method, Path, Version, Headers, Body 등으로 구성된다.

• 하지만 HTTP는 암호화가 되지 않은 평문 데이터를 전송하는 프로토콜이였기 때문에, HTTP로 비밀번호나 주민등록번호 등을 주고 받으면 제3자가 정보를 조회할 수 있었다. 그리고 이러한 문제를 해결하기 위해 HTTPS가 등장하게 되었다.

2. HTTPS란?

• HyperText Transfer Protocol over Secure Socket Layer, HTTP over TLS, HTTP over SSL, HTTP Secure 등으로 불리는 HTTPS는 HTTP에 데이터 암호화가 추가된 프로토콜이다.
• HTTPS는 HTTP와 다르게 443번 포트를 사용하며, 네트워크 상에서 중간에 제3자가 정보를 볼 수 없도록 암호화를 지원하고 있다.

HTTPS와 SSL

• HTTPS와 SSL를 같은 의미로 이해하고 있는 경우가 많다.
  • 이것은 맞기도 틀리기도 하다.
• 웹이 인터넷 위에서 돌아가는 서비스 중의 하나인 것처럼 HTTPS도 SSL 프로토콜 위에서 돌아가는 프로토콜이다.
• SSL은 서버와 브라우저 사이에 안전하게 암호화된 연결을 만들 수 있게 도와주고, 서버 브라우저가 민감한 정보를 주고받을 때 이것이 도난당하는 것을 막아준다.

SSL & TLS

• SSL (Secure Socket Layer)은 간단하게 말하면 들어오고 나가는 데이터들을 암호화하는 보안 기능을 갖고 있는 ‘보안 인증서’다.
  • SSL인증서를 통해 서버의 신원을 확인하고, 데이터를 암호화하여 통신하는 보안 방식
• TLS(Transport Layer Security)는 이 SSL이란 것의 업그레이드 버전이지만, ‘SSL이란?/TLS란?’ 하듯이 특별하게 구분하지 않고 일반적으로는 SSL이라고 말한다.
  • 넷스케이프에서 SSL을 만들었고, 나중에 표준화기구(IETF)로 이관되면서 TLS로 이름이 변경되었다.

대칭키 암호화와 비대칭키 암호화

HTTPS는 대칭키 암호화 방식과 비대칭키 암호화 방식을 모두 사용하고 있다. 각각의 암호화 방식은 다음과 같다.

• 대칭키 암호화
  • 클라이언트와 서버가 동일한 키를 사용해 암호화/복호화를 진행함
  • 키가 노출되면 매우 위험하지만 연산 속도가 빠름
• 비대칭키 암호화 (공개키 암호화)
  • 1개의 쌍으로 구성된 공개키와 개인키를 암호화/복호화 하는데 사용함
  • 키가 노출되어도 비교적 안전하지만 연산 속도가 느림

[공개키]

HTTPS의 동작 과정

• HTTPS는 대칭키 암호화와 비대칭키 암호화를 모두 사용하여 빠른 연산 속도와 안정성을 모두 얻고 있다.
• HTTPS 연결 과정(Hand-Shaking)에서는 먼저 서버와 클라이언트 간에 세션키를 교환한다.
  • 여기서 세션키는 주고 받는 데이터를 암호화하기 위해 사용되는 대칭키이며, 데이터 간의 교환에는 빠른 연산 속도가 필요하므로 세션키는 대칭키로 만들어진다.
  • 문제는 이 세션키를 클라이언트와 서버가 어떻게 교환할 것이냐 인데, 이 과정에서 비대칭키가 사용된다.
• 즉, 처음 연결을 성립하여 안전하게 세션키를 공유하는 과정에서 비대칭키가 사용되는 것이고, 이후에 데이터를 교환하는 과정에서 빠른 연산 속도를 위해 대칭키가 사용되는 것이다.

[실제 HTTPS 연결 과정]

1. 클라이언트(브라우저)가 서버로 최초 연결 시도를 함
2. 서버는 공개키(엄밀히는 인증서)를 브라우저에게 넘겨줌
3. 브라우저는 인증서의 유효성을 검사하고 세션키를 발급함
4. 브라우저는 세션키를 보관하며 추가로 서버의 공개키로 세션키를 암호화하여 서버로 전송함
5. 서버는 개인키로 암호화된 세션키를 복호화하여 세션키를 얻음
6. 클라이언트와 서버는 동일한 세션키를 공유하므로 데이터를 전달할 때 세션키로 암호화/복호화를 진행함

HTTPS의 발급 과정

위의 과정에서 추가로 살펴봐야 할 부분은 서버가 비대칭키를 발급받는 과정이다. 서버는 클라이언트와 세션키를 공유하기 위한 공개키를 생성해야 하는데, 일반적으로는 인증된 기관(Certificate Authority)에 공개키를 전송하여 인증서를 발급받는다. 자세한 과정은 다음과 같다.

1. A기업은 HTTP 기반의 애플리케이션에 HTTPS를 적용하기 위해 공개키/개인키를 발급함
2. CA 기업에게 돈을 지불하고, 공개키를 저장하는 인증서의 발급을 요청함
3. CA 기업은 CA기업의 이름, 서버의 공개키, 서버의 정보 등을 기반으로 인증서를 생성하고, CA 기업의 개인키로 암호화하여 A기업에게 이를 제공함
4. A기업은 클라이언트에게 암호화된 인증서를 제공함
5. 브라우저는 CA기업의 공개키를 미리 다운받아 갖고 있어, 암호화된 인증서를 복호화함
6. 암호화된 인증서를 복호화하여 얻은 A기업의 공개키로 세션키를 공유함

• 인증서는 CA의 개인키로 암호화되었기 때문에, 신뢰성을 확보할 수 있고, 클라이언트는 A 기업의 공개키로 데이터를 암호화하였기 때문에 A기업만 복호화하여 원본의 데이터를 얻을 수 있다.
• 여기서 인증서에는 A 기업의 공개키가 포함되어 있으므로, A 기업의 공개키라고 봐도 무방하다.
• 또한 브라우저에는 인증된 CA 기관의 정보들이 사전에 등록되어 있어 인증된 CA 기관의 인증서가 아닐 경우에는 다음과 같은 형태로 브라우저에서 보여지게 된다.

3. HTTP와 HTTPS

• HTTP는 암호화가 추가되지 않았기 때문에 보안에 취약한 반면, HTTPS는 안전하게 데이터를 주고받을 수 있다.
• 하지만 HTTPS를 이용하면 암호화/복호화의 과정이 필요하기 때문에 HTTP보다 속도가 느리다. (물론 오늘날에는 거의 차이를 못느낄 정도이다.)
• 또한 HTTPS는 인증서를 발급하고 유지하기 위한 추가 비용이 발생하다.

사용 시점

• 개인 정보와 같은 민감한 데이터를 주고 받아야 할 때 : HTTPS를 이용
• 노출이 되어도 괜찮은 단순한 정보 조회 등 만을 처리할 때 : HTTP를 이용

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질문 & 응답

Q1. HTTP 프로토콜에 대해 설명해주세요.

• HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)이란 데이터를 주고 받기 위한 프로토콜이며, 서버/클라이언트 모델을 따른다.
• HTTP는 상태 정보를 저장하지 않는 Stateless의 특징과 클라이언트의 요청에 맞는 응답을 보낸 후 연결을 끊는 Connectionless의 특징을 가지고 있다.
• 장점 : 통신간의 연결 상태 처리나 상태 정보를 관리할 필요가 없어 서버 디자인이 간단하다.
• 각각의 HTTP 요청에 독립적으로 응답만 보내주면 OK 단점 - 이전 통신의 정보를 모르기 때문에 매번 인증을 해줘야 한다. 
• 이를 해결하기 위해 쿠키(cookie)나 세션(session)을 사용해서 데이터를 처리한다.

Q2. HTTP와 HTTPS의 차이점은 무엇인가요?

• HTTP는 평문 데이터를 전송하는 프로토콜이기 때문에, HTTP로 중요한 정보를 주고 받으면 제 3자에 의해 조회될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HTTP에 암호화가 추가된 프로토콜이 HTTPS다. HTTPS는 HTTP와 다르게 443번 포트를 사용하며, 네트워크 상에서 중간에 제3자가 정보를 볼 수 없도록 암호화를 지원하고 있다.

Q3. SSL이란 무엇이고, 인증서를 발급하는 기관을 무엇이라고 부르나요?

• SSL이란 SSL인증서를 통해 서버의 신원을 확인하고, 데이터를 암호화하여 통신하는 보안 방식이다.
• SSL인증서는 SSL방식에 사용하는 전자화된 문서로, 공인된 인증기관(Certificate Authority)에서 발급한다.

Q4. HTTPS 통신 과정에서 각 주체별 키 보유를 정리해보세요

• 1. CA(인증기관) : CA의 비밀키 보유 - SSL인증서 암호화에 사용
• 2. SSL인증서 : 내 서버의 공개키 저장 - 브라우저/서버 통신 데이터 암호화에 할용
• 3. 브라우저 : 다양한 CA들의 공개키 보유 - SSL 인증서 복호화에 사용
• 4. 내 서버 : 내 서버의 비밀키 보유 - 브라우저/서버 통신 데이터 암호화에 할용

Q5. HTTPS는 어떤 키를 사용해서 통신하나요?

• 대칭키 암호화와 비대칭키 암호화를 모두 사용하여 빠른 연산 속도와 안정성을 모두 얻고 있다.
• 처음 연결을 성립하여 안전하게 세션키를 공유하는 과정에서 비대칭키가 사용되고, 이후에 데이터를 교환하는 과정에서 빠른 연산 속도를 위해 대칭키가 사용된다.