在網站全站HTTPS后，如果用戶手動敲入網站的HTTP地址，或者從其它地方點擊了網站的HTTP鏈接，通常依賴于服務端301/302跳轉才能使用HTTPS服務。而第一次的HTTP請求就有可能被劫持，導致請求無法到達服務器，從而構成HTTPS降級劫持。這個問題目前可以通過HSTS(HTTP Strict Transport Security，RFC6797)來解決。

HSTS簡介

HSTS(HTTP Strict Transport Security)是國際互聯網工程組織IETF發布的一種互聯網安全策略機制。采用HSTS策略的網站將保證瀏覽器始終連接到該網站的HTTPS加密版本，不需要用戶手動在URL地址欄中輸入加密地址，以減少會話劫持風險。

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HSTS響應頭格式

Strict-Transport-Security: max-age=expireTime [; includeSubDomains] [; preload] 

• max-age，單位是秒，用來告訴瀏覽器在指定時間內，這個網站必須通過HTTPS協議來訪問。也就是對于這個網站的HTTP地址，瀏覽器需要先在本地替換為HTTPS之后再發送請求。
• includeSubDomains，可選參數，如果指定這個參數，表明這個網站所有子域名也必須通過HTTPS協議來訪問。
• preload，可選參數，一個瀏覽器內置的使用HTTPS的域名列表。

HSTS Preload List

雖然HSTS可以很好的解決HTTPS降級攻擊，但是對于HSTS生效前的首次HTTP請求，依然無法避免被劫持。瀏覽器廠商們為了解決這個問題，提出了 HSTS Preload List 方案：內置一份可以定期更新的列表，對于列表中的域名，即使用戶之前沒有訪問過，也會使用HTTPS協議。

目前這個Preload List由Google Chrome維護，Chrome、Firefox、Safari、IE 11和Microsoft Edge都在使用。如果要想把自己的域名加進這個列表，首先需要滿足以下條件：

擁有合法的證書(如果使用SHA-1證書，過期時間必須早于2016年);

• 將所有HTTP流量重定向到HTTPS;
• 確保所有子域名都啟用了HTTPS;
• 輸出HSTS響應頭：
• max-age不能低于18周(10886400秒);
• 必須指定includeSubdomains參數;
• 必須指定preload參數;

即便滿足了上述所有條件，也不一定能進入 HSTS Preload List ，更多信息可以查看： https://hstspreload.org/ 。

通過Chrome的 chrome://net-internals/#hsts 工具，可以查詢某個網站是否在Preload List之中，還可以手動把某個域名加到本機Preload List。

HSTS缺點

HSTS并不是HTTP會話劫持的完美解決方案。用戶首次訪問某網站是不受HSTS保護的。這是因為首次訪問時，瀏覽器還未收到HSTS，所以仍有可能通過明文HTTP來訪問。

如果用戶通過HTTP訪問HSTS保護的網站時，以下幾種情況存在降級劫持可能：

• 以前從未訪問過該網站
• 最近重新安裝了其操作系統
• 最近重新安裝了其瀏覽器
• 切換到新的瀏覽器
• 切換到一個新的設備，如：移動電話
• 刪除瀏覽器的緩存
• 最近沒訪問過該站并且max-age過期了

解決這個問題目前有兩種方案：

• 方案一：在瀏覽器預置HSTS域名列表，就是上面提到的 HSTS Preload List 方案。該域名列表被分發和硬編碼到主流的Web瀏覽器。客戶端訪問此列表中的域名將主動的使用HTTPS，并拒絕使用HTTP訪問該站點。
• 方案二：將HSTS信息加入到域名系統記錄中。但這需要保證DNS的安全性，也就是需要部署域名系統安全擴展。

其它可能存在的問題

由于HSTS會在一定時間后失效(有效期由max-age指定)，所以瀏覽器是否強制HSTS策略取決于當前系統時間。大部分操作系統經常通過網絡時間協議更新系統時間，如Ubuntu每次連接網絡時，OS X Lion每隔9分鐘會自動連接時間服務器。攻擊者可以通過偽造NTP信息，設置錯誤時間來繞過HSTS。

解決方法是認證NTP信息，或者禁止NTP大幅度增減時間。比如：Windows 8每7天更新一次時間，并且要求每次NTP設置的時間與當前時間不得超過15小時。

支持HSTS瀏覽器

目前主流瀏覽器都已經支持HSTS特性，具體可參考下面列表：

• Google Chrome 4及以上版本
• Firefox 4及以上版本
• Opera 12及以上版本
• Safari從OS X Mavericks起
• Internet Explorer及以上版本

HSTS部署

服務器開啟HSTS的方法是：當客戶端通過HTTPS發出請求時，在服務器返回的超文本傳輸協議響應頭中包含 Strict-Transport-Security 字段。非加密傳輸時設置的HSTS字段無效。

最佳的部署方案是部署在離用戶最近的位置，例如：架構有前端反向代理和后端Web服務器，在前端代理處配置HSTS是最好的，否則就需要在Web服務器層配置HSTS。如果Web服務器不明確支持HSTS，可以通過增加響應頭的機制。如果其他方法都失敗了，可以在應用程序層增加HSTS。

HSTS啟用比較簡單，只需在相應頭中加上如下信息：

Strict-Transport-Security: max-age=63072000; includeSubdomains;preload; 

Strict-Transport-Security 是Header字段名， max-age 代表HSTS在客戶端的生效時間。 includeSubdomains 表示對所有子域名生效。preload是使用瀏覽器內置的域名列表。

HSTS策略只能在HTTPS響應中進行設置，網站必須使用默認的443端口;必須使用域名，不能是IP。因此需要把HTTP重定向到HTTPS，如果明文響應中允許設置HSTS頭，中間人攻擊者就可以通過在普通站點中注入HSTS信息來執行DoS攻擊。

Apache上啟用HSTS

$ vim /etc/apache2/sites-available/hi-linux.conf 
 
# 開啟HSTS需要啟用headers模塊 
LoadModule headers_module /usr/lib/apache2/modules/mod_headers.so 
 
<VirtualHost *:80> 
  ServerName www.hi-linux.com 
  ServerAlias hi-linux.com 
... 
 #將所有訪問者重定向到HTTPS,解決HSTS首次訪問問題。 
  RedirectPermanent / https://www.hi-linux.com/ 
</VirtualHost> 
 
<VirtualHost 0.0.0.0:443> 
... 
# 啟用HTTP嚴格傳輸安全 
  Header always set Strict-Transport-Security "max-age=63072000; includeSubdomains; preload" 
... 
</VirtualHost> 

重啟Apache服務

$ service apche2 restart 

Nginx上啟用HSTS

$ vim /etc/nginx/conf.d/hi-linux.conf 
 
server { 
   listen 443 ssl; 
   server_name www.hi-linux.com; 
   add_header Strict-Transport-Security "max-age=63072000; includeSubdomains; preload"; 
... 
} 
 
server { 
   listen 80; 
   server_name www.hi-linux.com; 
   return 301 https://www.hi-linux.com$request_uri; 
... 
} 

重啟Nginx服務

$ service nginx restart 

IIS啟用HSTS

要在IIS上啟用HSTS需要用到第三方模塊，具體可參考： https://hstsiis.codeplex.com/

測試設置是否成功

設置完成了后，可以用 curl 命令驗證下是否設置成功。如果出來的結果中含有 Strict-Transport-Security 的字段，那么說明設置成功了。

$ curl -I https://www.hi-linux.com 
HTTP/1.1 200 OK 
Server: nginx 
Date: Sat, 27 May 2017 03:52:19 GMT 
Content-Type: text/html; charset=utf-8 
... 
Strict-Transport-Security: max-age=63072000; includeSubDomains; preload 
X-Frame-Options: deny 
X-XSS-Protection: 1; mode=block 
X-Content-Type-Options: nosniff 
... 

對于 HSTS 以及 HSTS Preload List ，建議是只要不能確保永遠提供HTTPS服務，就不要啟用。因為一旦HSTS生效，之前的老用戶在 max-age 過期前都會重定向到HTTPS，造成網站不能正確訪問。唯一的辦法是換新域名。