HTTP公钥固定（HPKP）详解

知识点描述
HTTP公钥固定（HPKP）是一种安全机制，允许网站告知客户端（如浏览器）在后续连接中只接受特定的公钥或证书。其核心目的是防范证书颁发机构（CA）被入侵或错误签发证书导致的中间人攻击。虽然HPKP能提供强大的保护，但因配置复杂和风险较高（如错误配置可能导致网站长期无法访问），现已被弃用，但理解其原理对学习Web安全演进具有重要意义。

解题过程循序渐进讲解

步骤1：理解HPKP要解决的问题

• 背景：HTTPS依赖证书链验证，但若任何CA被攻击者控制，其可签发任意域名的伪造证书。
• 风险场景：攻击者利用被入侵的CA获取目标网站的伪造证书，实施中间人攻击，窃取或篡改数据。
• HPKP目标：通过"固定"可信公钥，即使攻击者持有有效但恶意的CA签发证书，客户端也会拒绝连接。

步骤2：HPKP的核心机制

• 首次访问固定：客户端首次访问网站时，服务器通过HTTP响应头Public-Key-Pins（或Public-Key-Pins-Report-Only）下发公钥指纹列表。
• 指纹生成：对证书公钥进行哈希（如SHA-256）生成指纹，格式示例：pin-sha256="base64-hash"。
• 固定策略：包含两类公钥：
  • 主固定：当前证书链中必须包含的公钥（至少一个）。
  • 备份固定：用于应急的备用公钥（如证书续期后的新公钥），避免单点故障。
• 缓存期限：通过max-age指令设置固定有效期（单位：秒），期间客户端将强制验证公钥。

步骤3：HPKP响应头语法详解
完整示例：

Public-Key-Pins: 
  pin-sha256="d6qzRu9zOECb90Uez27xWltNsj0e1Md7GkYYkVoZWmM="; 
  pin-sha256="E9CZ9INDbd+2eRQozYqqbQ2yXLVKB9+xcprMF+44U1g="; 
  max-age=2592000; 
  includeSubDomains; 
  report-uri="https://example.com/hpkp-report"

• pin-sha256：必选，指定公钥指纹（可多个，至少两个不同CA的密钥）。
• max-age：必选，固定有效期（如2592000秒=30天）。
• includeSubDomains：可选，固定应用于所有子域名。
• report-uri：可选，违反固定时发送报告的目标URL（用于监控）。

步骤4：HPKP验证流程

1. 首次请求：客户端接收HPKP头，缓存公钥指纹和有效期。
2. 后续连接：
   • 客户端验证服务器证书链中是否至少有一个公钥匹配缓存的"主固定"指纹。
   • 若匹配，允许连接；若不匹配且不在"备份固定"中，拒绝连接并报告错误。
3. 错误处理：若固定违反，可能触发浏览器警告（如NET::ERR_SSL_PINNED_KEY_NOT_IN_CERT_CHAIN）。

步骤5：HPKP的风险与弃用原因

• 锁定风险：若固定公钥丢失或未及时更新，网站在max-age内无法访问（"自杀式"配置）。
• 配置复杂性：需精确管理多个密钥对，并确保备份密钥可用。
• 替代方案：Certificate Transparency（证书透明度）和Expect-CT头能更安全地检测恶意证书。
• 现状：主流浏览器已移除HPKP支持，转向更灵活的机制如Expect-CT。

总结
HPKP是Web安全演进中的重要实验，其设计思想（主动限制信任范围）影响了后续标准。学习重点在于理解公钥固定的原理、风险权衡以及安全机制迭代的必然性。实际应用中，应优先采用Certificate Transparency等现代替代方案。