HTTP 프로토콜의 발전

HTTP

애플리케이션 계층으로서 웹 서비스 통신에 사용

HTTP/1.0 부터 발전을 거듭해 현재는 HTTP/3

 

 

HTTP/1.0

- 한 연결당 하나의 요청을 처리하도록 설계

- 서버에서 파일을 가져올 때마다 TCP의 3-way-handshake를 계속 열어야 하므로 RTT가 증가하는 단점이 있음.

 

RTT : 패킷이 목적지에 도달하고 나서 다시 출발지로 돌아오기까지 걸리는 시간. 즉 패킷 왕복 시간

 

RTT의 증가를 해결하기 위한 방법

이미지 스플리팅

- 이미지가 합쳐진 하나의 이미지를 다운 이를 기반으로 background-image의 position을 이용하여 이미지를 표기

 

코드 압축

- 코드를 압축해 개행 문자, 빈칸을 없애 코드의 크기를 최소화 하는 방법

 

이미지 Base64 인코딩

- 이미지 파일을 64진법으로 이루어진 문자열로 인코딩

- 이 방법 사용시 서버와의 연결을 열고 서버에 HTTP 요청할 필요 없음

- Base64 문자열로 변환할 경우 37% 정도 크기가 더 커지는 단점 존재

 

HTTP/1.1

- 매번 TCP 연결 하지않고 한번 TCP 초기화 이후 keep-alive라는 옵션으로 여러개의 파일을 송수신 할수 있게 변경

- 문서 안에 포함된 다수의 리소스를 처리하려면, 요청할 리소스 개수에 비례해 대기시간이 길어지는 단점이 존재

 

HOL Blocking

- 네트워크에서 같은 큐에 있는 패킷이 첫 번째 패킷에 의해 지연될 때 발생하는 성능 저하 현상

예를들어 첫번째 파일의 다운로드가 늦어진다면, 그 뒤에 있는 파일들도 대기하게 되어 다운로드가 지연되는 상태

 

무거운 헤더 구조

- HTTP/1.1 헤더에는 쿠키 등 많은 메타데이터가 들어 있고 압축되지 않아 무거움

 

HTTP/2

- HTTP/1.x 보다 지연 시간을 줄이고 응답 시간을 더 빠르게 할 수 있음

- 멀티플렉싱, 헤더 압축, 서버 푸시, 요청의 우선순위 처리를 지원함

 

멀티플렉싱

- 여러 개의 스트림을 사용하여 송수신

- 특정 트림의 패킷이 손실되도 해당 스트림에만 영향이 있고, 다른 스트림은 멀쩡하게 동작

- 단일 연결을 통해 병렬로 여러 요청을 받을 수 있고 응답을 줄 수 있음(HOL Blocking 해결)

스트림 : 시간이 지남에 따라 사용할 수 있게 되는 일련의 데이터 요소를 가리키는 데이터 흐름

 

헤더 압축

- 허프만 코딩 압축 알고리즘을 사용하는 HPACK 압축 형식을 가짐

허프만 코딩 : 문자열을 문자 단위로 쪼개 빈도수를 세어 빈도가 높은 정보는 적은 비트 수를 사용하여 표현하고, 빈도가 낮은 정보는 비트 수를 많이 사용하여 표현해서 전체 데이터의 필요한 비트양을 줄이는 원리

 

서버 푸시

- 클라이언트 요청 없이 서버가 바로 리소스를 푸시할 수 있음

예를 들어 html에는 css나 js파일이 포함되기 마련인데, html을 읽으면서 그 안에 있는 css 파일을 서버에서 푸시하여 클라이언트에게 먼저 줄 수 있음

 

HTTPS

- HTTP/2는 HTTPS 위에서 동작

- HTTPS는 애플리케이션 계층과 전송 계층 사이에 신뢰 계층인 SSL/TLS 계층을 넣은 신뢰할 수 있는 HTTP 요청

- 이를 통해 통신을 '암호화' 함

 

SSL/TLS

- 전송 계층에서 보안을 제공하는 프로토콜

- 클라이언트와 서버가 통신 시 제3자가 도청하거나 변조하지 못하도록 함

- 보안 세션을 기반으로 데이터를 암호화(보안 세션이 만들어질 때 인증 메커니즘, 키 교환 암호화 알고리즘, 해싱 알고리즘이 사용됨)

보안 세션 : 보안이 시작되고 끝나는 동안 유지되는 세션

세션 : 운영체제가 어떠한 사용자로부터 자신의 자산 이용을 허락하는 일정한 기간

- 클라이언트와 서버가 서버와 키를 공유하고 인증, 인증 확인 등의 작업이 일어나는 단 한 번의 1-RTT가 생긴 이후 데이터를 송수신 함

- 클라이언트에서 사이퍼 슈트를 서버에 전달하면 서버는 받은 사이퍼 슈트의 암호화 알고리즘 리스트를 제공할 수 있는지 확인 후 클라이언트로 인증서를 보내는 인증 메커니즘 시작

- 이후 해싱 알고리즘 등으로 암호화된 데이터 송수신 시작

 

사이퍼 슈트

- 프로토콜, AEAD 사이퍼 모드, 해싱 알고리즘이 나열된 규약을 말함. 총 다섯개가 있음

 

인증 메커니즘

- CA에서 발급한 인증서를 기반으로 이루어짐

- 안전한 연결을 시작하는데 있어 필요한 '공개키'를 클라이언트에 제공하고 사용자가 '서버가 신뢰'할 수있는 서버임을 보장

- 인증서는 서비스 정보, 공개키, 지문, 디지털 서명 등으로 이루어져 있음

- CA는 아무나 할 수있는 것이 아니고 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만 참여 가능

 

CA 발급 과정

- 자신의 서비스가 CA 인증서를 발급 받으려면 자신의 사이트 정보과 공개키를 CA에 제출

- 이후 CA는 공개키를 해시한 값인 지문을 사용하는 CA의 비밀 키 등을 기반으로 CA인증서 발급

 

암호화 알고리즘

- 키 교환 암호화 알고리즘으로는 대수곡선 기반의 ECDHE 또는 모듈식 기반의 DHE를 사용함

- 둘 다 디피-헬만 방식을 근간으로 만들어짐

 

디피-헬만 키 교환 암호화 알고리즘

- 암호키를 교환하는 하나의 방법

- 처음에 공개 값을 공유하고 각자의 비밀 값과 혼합한 후 혼합 값을 공유, 그 후 각자의 비밀 값과 다시 혼합

- 최종적으로 공통의 암호키인 PSK가 생성

- PSK가 생성되면, 악의적인 공격자가 개인키 또는 공개키를 가지고도 PSK가 없기 때문에 아무것도 할 수 없음.

 

해싱 알고리즘

- 데이터를 추정하기 힘든 더 작고, 섞여 있는 조각으로 만드는 알고리즘

- SSL/TLS는 해싱 알고리즘으로 SHA-256, SHA-384 알고리즘을 사용

 

SHA-256 알고리즘

- 해시 함수의 결괏값이 256비트인 알고리즘

- 비트 코인을 비롯한 많은 블록체인 시스템에서 사용

- 해싱을 해야 할 메시지에 1을 추가하는 등 전처리 후 그걸 기반으로 해시를 반환함

 

해시: 다양한 길이를 가진 데이터를 고정된 길이를 가진 데이터로 매핑한 값

해싱: 임의의 데이터를 해시로 바꿔주는 일. 해시 함수가 이를 담당

해시 함수: 임의의 데이터를 입력받아 일정한 길이의 데이터로 바꿔주는 함수

 

HTTPS 구축 방법

- 직접 CA에서 구매한 인증키를 기반으로 구축

- 서버 앞단의 HTTPS를 제공하는 로드밸런서 두고 구축

- 서버 앞단에 HTTPS를 제공하는 CDN을 두고 구축

 

HTTP/3

- TCP 위에서 돌아가는 HTTP/2와는 달리 3은 QUIC이라는 계층 위에서 돌아감

- TCP 기반이 아닌 UDP 기반으로 돌아감

- 멀티플렉싱을 가지고 있으며, 초기 연결 설정 시 지연 시간 감소

 

초기 연결 설정 시 지연 시간 감소

- QUIC은 TCP를 사용하지 않기 때문에 3-way-handshake 과정을 거치지 않아도 됨
- 첫 연결 설정에 1-RTT만 소요(클라이언트가 서버에 신호를 주고, 서버가 거기에 응답하면 바로 통신 시작 가능)

- 순방향 오류 수정 메커니즘이 적용되어, 전송한 패킷이 손실 되었다면 수신 측에서 에러를 검출하고 수정 하는 방식

- 열악한 네트워크 환경에서도 낮은 패킷 손실률

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HTTP 프로토콜 발전 요약

HTTP/1.0 — 요청마다 매번 새 TCP 연결(3-way handshake)을 맺어야 해서 RTT가 늘어남. 이를 우회하려고 이미지 스플리팅, 코드 압축, Base64 인코딩 같은 편법을 씀.

 

HTTP/1.1 — TCP 연결을 재사용하는 keep-alive로 매번 새 연결을 안 맺어도 되게 개선. 하지만 한 커넥션에서 앞 패킷이 막히면 뒤 패킷도 대기하는 HOL Blocking과 압축 안 되는 무거운 헤더가 한계.

 

HTTP/2 — 멀티플렉싱(여러 스트림 병렬 전송으로 HOL Blocking 해결), HPACK 헤더 압축, 서버 푸시(요청 전에 필요할 리소스 미리 전송) 도입. 사실상 HTTPS(TLS) 기반으로 동작.

 

HTTPS/TLS — 인증서(CA 발급) 기반 인증 + 키 교환(ECDHE/DHE, 디피-헬만) + 해싱(SHA-256 등)으로 통신을 암호화하는 계층.

 

HTTP/3 — TCP 대신 UDP 기반 QUIC 위에서 동작. 3-way handshake가 아예 필요 없어 1-RTT로 연결 시작, 멀티플렉싱 유지, 패킷 손실을 자체 복구하는 순방향 오류 수정 지원.