SSL/TLS算法流程解析

本文轉載自查看原文 2016-12-25 20:56 10702 tls/ ssl/ 2.安全技術

SSL/TLS 早已不是陌生的詞匯，然而其原理及細則卻不是太容易記住。本文將試圖通過一些簡單圖示呈現其流程原理，希望讀者有所收獲。

一、相關版本

Version	Source	Description	Browser Support
SSL v2.0	Vendor Standard (from Netscape Corp.) [SSL2]	First SSL protocol for which implementations exist	- NS Navigator 1.x/2.x - MS IE 3.x - Lynx/2.8+OpenSSL
SSL v3.0	Expired Internet Draft (from Netscape Corp.) [SSL3]	Revisions to prevent specific security attacks, add non-RSA ciphers and support for certificate chains	- NS Navigator 2.x/3.x/4.x - MS IE 3.x/4.x - Lynx/2.8+OpenSSL
TLS v1.0	Proposed Internet Standard (from IETF) [TLS1]	Revision of SSL 3.0 to update the MAC layer to HMAC, add block padding for block ciphers, message order standardization and more alert messages.	-Lynx/2.8+OpenSSL

SSL全稱為 Socket Security Layer，TLS全稱為Transport Layer Security，這兩者沒有本質的區別，都是做的傳輸層之上的加密(介於傳輸層及應用層之間)。TLS是后續SSL版本分支的名稱，花費長時間去爭論兩者的優劣沒有意義。目前TLS最新版本為 TLS1.2(也稱為SSL3.3)

二、SSL/TLS 解決的問題

信息被竊聽(wiretap)，第三方隨時隨地獲得通訊內容；

SSL/TLS 實現了傳輸信息的加密。

數據被篡改(tampering)，第三方可修改傳輸中的數據；

SSL/TLS 實現了數據簽名及校驗。

身份被冒充(pretending)，第三方可冒充通訊者身份傳輸數據；

SSL/TLS 采用了CA數字證書認證機制。

三、握手階段

簡單點說，SSL/TLS對於傳輸層的加密是通過動態密鑰對數據進行加密實現的，而動態密鑰則通過握手流程協商制定；為了保證動態密鑰的安全性，其中免不了使用公鑰加密算法(非對稱)、數字證書簽名等技術手段。

一個SSL/TLS 握手過程需要協商的信息包括：

1 協議的版本號；

2 加密算法，包括非對稱加密算法、動態密鑰算法；

3 數字證書，傳輸雙方通過交換證書及簽名校驗對彼此進行鑒權；

4 動態密鑰，傳輸數據過程使用該密鑰進行對稱加解密，該密鑰通過非對稱密鑰進行加密傳輸。

四、流程解析

一個典型的SSL/TLS 握手流程包括雙向認證，如下所示：

1. 客戶端發出一個 client hello 消息，攜帶的信息包括：

所支持的SSL/TLS 版本列表；支持的與加密算法；所支持的數據壓縮方法；隨機數A;

2. 服務端響應一個 server hello 消息，攜帶的信息包括：

協商采用的SSL/TLS 版本號；會話ID；隨機數B；服務端數字證書 serverCA；

由於雙向認證需求，服務端需要對客戶端進行認證，會同時發送一個 client certificate request，表示請求客戶端的證書；

3. 客戶端校驗服務端的數字證書；校驗通過之后發送隨機數C，該隨機數稱為pre-master-key，使用數字證書中的公鑰加密后發出；

由於服務端發起了 client certificate request，客戶端使用私鑰加密一個隨機數 clientRandom隨客戶端的證書 clientCA一並發出；

4. 服務端校驗客戶端的證書，並成功將客戶端加密的隨機數clientRandom 解密；

根據隨機數A/隨機數B/隨機數C(pre-master-key) 產生動態密鑰 master-key，加密一個finish 消息發至客戶端；

5. 客戶端根據同樣的隨機數和算法生成master-key，加密一個finish 消息發送至服務端；

6. 服務端和客戶端分別解密成功，至此握手完成，之后的數據包均采用master-key進行加密傳輸。

五、要點解析

雙向認證和單向認證

雙向認證更好的解決了身份冒充問題，服務端提供證書的同時要求對客戶端身份進行認證；然而在一些常見的應用場景下往往只有單向認證，如采用https網站只需要求客戶端(瀏覽器)對服務端的證書進行認證。

在單向認證場景下，握手階段2服務端不會發出 client certificate request，之后服務端也不需要校驗客戶端證書；

在雙向認證場景下，客戶端如果無法提供證書，會發出 no digital certificate alert 的警告信息，此時可能導致握手失敗(根據服務端策略而定)；

隨機數的使用

由於數字證書是靜態的，因此要求使用隨機因素來保證協商密鑰的隨機性；對於RSA 算法來說，pre-master-key本身就是一個隨機數，再加上hello消息中的隨機，三個隨機數通過一個密鑰導出器最終導出一個對稱密鑰。

之所以采用 pre-master-key 機制是因為SSL協議不信任每個主機都能產生完全隨機的隨機數，如果 pre-master-key 不隨機，那么被猜出來的風險就很大，於是僅僅使用 pre-master-secret作為密鑰不合適，需要引入新的隨機因素，也就是同時結合hello消息中的雙向隨機數。