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[14089] 2019-05-10_TLS握手：回顾1.2、迎接1.3

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2019-05-10_TLS握手：回顾1.2、迎接1.3 T L S 握 手 ： 回 顾 1 . 2 、 迎 接 1 . 3 原 创   n o v s e c   F r e e B u f   2 0 1 9 - 0 5 - 1 0 前 言 前 言 H T T P S 或 者 说 S S L   o r   T L S 现 在 都 是 老 生 常 谈 的 东 西 了 ， 为 什 么 还 要 写 这 篇 文 章 ？ T L S   1 . 3   2 0 1 8 年 发 布 了 ， 在 看 年 发 布 了 ， 在 看 1 . 3 的 变 动 前 有 必 要 盘 点 下 的 变 动 前 有 必 要 盘 点 下 1 . 2 的 主 要 原 理 。 另 外 ， 在 我 查 找 握 手 细 节 的 过 程 中 发 现 很 多 博 客 没 有 把 一 些 细 节 解 释 清 楚 ， 主 要 是 关 于 的 主 要 原 理 。 另 外 ， 在 我 查 找 握 手 细 节 的 过 程 中 发 现 很 多 博 客 没 有 把 一 些 细 节 解 释 清 楚 ， 主 要 是 关 于 R S A 和 和 D H 两 种 密 钥 协 两 种 密 钥 协 商 协 议 所 产 生 的 一 些 细 节 上 的 区 别 ， 所 以 就 有 了 这 篇 文 章 。 商 协 议 所 产 生 的 一 些 细 节 上 的 区 别 ， 所 以 就 有 了 这 篇 文 章 。 背 景 背 景 S S L / T L S 的 解 决 的 威 胁 ： 1 . 数 据 泄 露 问 题 （ D a t a   L e a k ） ： 信 息 加 密 ， 明 文 传 输 - > 密 文 传 输 ； 2 . 数 据 篡 改 （ D a t a   t a m p e r i n g ） ： 保 证 数 据 完 整 性 ， M A C ,   A E ( a f t e r   T L S   1 . 2 ) ； 3 . 身 份 认 证 问 题 （ s p o o f i n g / p r e t e n d i n g ） :   身 份 鉴 别 ， 数 字 证 书 。 H T T P S 是 什 么 ？ 可 简 单 的 理 解 为 H T T P   o v e r   S S L 。 S S L 在 设 计 上 拥 有 可 扩 展 性 ， 不 仅 可 以 和 H T T P 结 合 作 H T T P S ， 还 可 应 用 到 很 多 其 他 的 应 用 成 协 议 ， 如 F T P ， T e l n e t 等 等 。 历 史 历 史 1 9 9 4   N e t S c a p e   S S L   1 . 0   未 发 布 1 9 9 5   N e t S c a p e   S S L   2 . 0 1 9 9 6   S S L   3 . 0 1 9 9 9   I S O C   T L S   1 . 0 （ S S L   3 . 1 ） 2 0 0 6   T L S   1 . 1   ( S S L   3 . 2 ) 2 0 0 8   T L S   1 . 2   ( S S L   3 . 3 ) 2 0 1 8   T L S   1 . 3 基 础 知 识 基 础 知 识 非 对 称 加 密 与 对 称 加 密 非 对 称 加 密 与 对 称 加 密 简 单 的 理 解 ， 非 对 称 加 密 加 解 密 使 用 不 同 的 密 钥 ， 对 称 加 解 密 使 用 相 同 的 密 钥 。 非 对 称 加 密 性 能 不 如 对 称 加 密 。 非 对 称 加 密 私 钥 要 保 持 隐 秘 性 ， 公 钥 是 公 开 的 。 私 钥 加 密 ， 公 钥 解 密 ， 叫 签 名 ， 可 用 来 验 证 身 份 ， 公 钥 加 密 ， 私 钥 解 密 ， 就 是 常 见 的 加 密 传 输 信 息 。 证 书 和 签 名 证 书 和 签 名 简 单 的 说 ， C A 将 申 请 者 的 公 钥 和 信 息 进 行 单 向 h a s h ， 生 成 摘 要 ， 然 后 C A 用 自 己 的 私 钥 对 摘 要 进 行 签 名 ， 最 好 将 申 请 信 息 ( 公 钥 ) 和 签 名 整 合 生 成 证 书 。 C l i e n t ( 电 脑 和 浏 览 器 ) 内 置 了 C A 的 根 证 书 ， 根 证 书 中 包 含 C A 公 钥 ， 用 C A 公 钥 解 密 证 书 ， 验 证 证 书 ， 拿 到 摘 要 ， 然 后 按 照 同 样 的 H A S H 算 法 生 成 摘 要 ， 将 两 个 摘 要 进 行 比 对 。 比 较 详 细 的 通 俗 解 释 参 考 ： 一 篇 文 章 读 懂 H T T P S 及 其 背 后 的 加 密 原 理 密 钥 交 换 密 钥 交 换 ( 密 钥 协 商 密 钥 协 商 ) 及 身 份 认 证 及 身 份 认 证 S S L 设 计 的 最 重 要 关 键 点 就 是 密 钥 交 换 。 单 纯 用 对 称 加 密 ， 如 果 双 方 不 预 先 内 置 ( P S K ) ， 直 接 明 文 传 输 ， 机 密 性 无 法 保 证 ； 加 密 传 输 ， 产 生 先 有 鸡 还 是 先 有 蛋 的 问 题 。 非 对 称 加 密 ， 主 要 有 两 种 方 式 ： 基 于 R S A 的 密 钥 协 商 和 基 于 D H 的 密 钥 协 商 。 基 于 R S A 的 密 钥 协 商 ， 引 入 了 C A 证 书 ， 可 以 解 决 数 据 泄 露 问 题 ， C A 证 书 解 决 身 份 认 证 问 题 。 基 于 D H 的 密 钥 协 商 ， ,   可 以 解 决 数 据 泄 露 问 题 ， 但 是 不 能 解 决 身 份 认 证 问 题 ， 会 存 在 M I T M 攻 击 。 所 以 D H 密 钥 协 商 需 要 配 合 某 种 签 名 算 法 ， 如 果 没 有 配 合 任 何 签 名 算 法 ， 称 为 “ D H - A N O N ” 。 此 外 ， D H 有 很 多 种 ， D H 本 身 依 赖 的 是 求 离 散 对 数 问 题 困 难 性 ， 而 变 种 E C D H 依 赖 求 解 椭 圆 曲 线 离 散 对 数 问 题 困 难 性 。 S S L / T L S   h a n d s h a k e O v e r v i e w 通 讯 双 方 在 完 全 没 有 对 方 任 何 预 先 信 息 的 条 件 下 通 过 不 安 全 信 道 创 建 起 一 个 密 钥   C l i e n t                                                                                               S e r v e r             C l i e n t H e l l o                                     - - - - - - - - >                                                                                                             S e r v e r H e l l o                                                                                                           C e r t i f i c a t e *                                                                                               S e r v e r K e y E x c h a n g e *                                                                                             C e r t i f i c a t e R e q u e s t *                                                                       < - - - - - - - -             S e r v e r H e l l o D o n e             C e r t i f i c a t e *             C l i e n t K e y E x c h a n g e             C e r t i f i c a t e V e r i f y *
C l i e n t   H e l l o 包 含 ： c l i e n t 支 持 的 协 议 版 本 c l i e n t   r a n d o m   v a l u e 支 持 的 加 密 套 件 列 表 … … ,   例 如 ： 压 缩 方 法 S e r v e r   H e l l o 包 含 ： 确 认 使 用 的 协 议 版 本 s e r v e r   r a n d o m   v a l u e 选 择 的 加 密 套 件 … 加 密 套 件 命 名 加 密 套 件 命 名   协 议   密 钥 交 换 协 议   身 份 认 证 算 法   对 称 加 密 算 法   M A C S e r v e r   C e r t i f i c a t e ( 可 选 可 选 ) 服 务 器 证 书 ， 这 一 步 紧 随 在 S e r v e r   H e l l o   之 后 ， 用 来 供 客 户 端 验 证 服 务 器 的 身 份 。 S e r v e r   K e y   E x c h a n g e   M e s s a g e ( 可 选 可 选 ) 这 个 步 骤 在 S e r v e r   C e r t i f i c a t e 后 ， 按 照 R F C 的 说 法 ， 如 果 没 有 S e r v e r   C e r t i f i c a t e ， 则 在 S e r v e r   H e l l o 之 后 。 该 环 节 也 是 可 选 的 。 如 果 秘 钥 协 商 算 法 选 用 的 是 诸 如 R S A 这 类 ， 则 不 会 发 送 这 部 分 信 息 。 R F C 中 的 原 文 是 可 简 单 的 理 解 ， 如 果 是 采 用 的 非 对 称 加 密 算 法 来 进 行 秘 钥 协 商 ， 可 以 通 过 公 钥 加 密 发 送 预 主 秘 钥 的 算 法 不 需 要 发 送 这 部 分 信 息 。 如 R S A ， 而 像 D H 及 其 变 种 这 种 密 钥 交 换 算 法 则 需 要 通 过 这 个 环 节 发 送 算 法 所 需 的 参 数 信 息 。 R F C 中 给 出 的 D H 参 数 结 构 参 考 ： C e r t i f i c a t e   R e q u e s t ( 可 选 可 选 ) S S 分 为 单 向 S S L ( O n e - w a y   S S L ) 和 双 向 S S L ( T w o - w a y   S S L ) ， 两 者 区 别 主 要 是 s e r v e r 端 是 否 需 要 对 c l i e n t 端 进 行 身 份 验 证 ， 常 见 场 景 如 银 行 提 供 的 U S B 证 书 。 双 向 S S L ， 这 部 分 信 息 会 在 S e r v e r   K e y E x c h a n g e   M e s s a g e 之 后 ， 单 向 S S L 中 ， 不 会 发 送 这 部 分 信 息 。 S e r v e r   H e l l o   D o n e 最 后 ， s e r v e r 发 送 这 部 分 信 息 来 结 束 S e v e r   h e l l o ，   等 待 客 户 端 回 应 。 C l i e n t   C e r t i f i c a t e ( 可 选 可 选 ) 这 部 分 信 息 是 S e r v e r   H e l l o   D o n e   之 后 可 以 发 送 的 第 一 部 分 信 息 ， 对 应 C e r t i f i c a t e   R e q u e s t ， 也 是 可 选 部 分 。             C e r t i f i c a t e V e r i f y *             [ C h a n g e C i p h e r S p e c ]             F i n i s h e d                                           - - - - - - - - >                                                                                               [ C h a n g e C i p h e r S p e c ]                                                                       < - - - - - - - -                           F i n i s h e d             A p p l i c a t i o n   D a t a                           < - - - - - - - >           A p p l i c a t i o n   D a t a T L S _ E C D H E _ E C D S A _ W I T H _ A E S _ 1 2 8 _ G C M _ S H A 2 5 6 T L S E C D H E E C D S A A E S _ 1 2 8 _ G C M S H A 2 5 6 T h i s   m e s s a g e   w i l l   b e   s e n t   i m m e d i a t e l y   a f t e r   t h e   s e r v e r   C e r t i f i c a t e   m e s s a g e   ( o r   t h e   S e r v e r H e l l o   m e s s a g e ,   i f   t h i s   i s   a n   a n o n y m o u s   n e g o t i a t i o n ) . T h e   S e r v e r K e y E x c h a n g e   m e s s a g e   i s   s e n t   b y   t h e   s e r v e r   o n l y   w h e n   t h e   s e r v e r   C e r t i f i c a t e   m e s s a g e   ( i f   s e n t )   d o e s   n o t   c o n t a i n   e n o u g h   d a t a   t o   a l l o w   t h e   c l i e n t   t o   e x c h a n g e   a   p r e m a s t e r   s e c r e t . s t r u c t   {                     o p a q u e   d h _ p < 1 . . 2 ^ 1 6 - 1 > ;                     o p a q u e   d h _ g < 1 . . 2 ^ 1 6 - 1 > ;                     o p a q u e   d h _ Y s < 1 . . 2 ^ 1 6 - 1 > ;             }   S e r v e r D H P a r a m s ;           / *   E p h e m e r a l   D H   p a r a m e t e r s   * /             d h _ p                   T h e   p r i m e   m o d u l u s   u s e d   f o r   t h e   D i f f i e - H e l l m a n   o p e r a t i o n .             d h _ g                   T h e   g e n e r a t o r   u s e d   f o r   t h e   D i f f i e - H e l l m a n   o p e r a t i o n .             d h _ Y s
C l i e n t   K e y   E x c h a n g e   M e s s a g e 这 部 分 信 息 在 C l i e n t   C e r t i f i c a t e 之 后 发 送 ， 在 单 向 S S L 中 ， 在 S e r v e r   H e l l o   D o n e 后 发 送 。 这 部 分 信 息 包 含 的 最 重 要 的 一 部 分 信 息 是 p r e m a s t e r   s e c r e t ( 预 主 密 钥 ) ， p e r m a s t e r 的 说 法 对 应 的 是 R S A ， 而 在 D H 中 对 应 的 是 D H   e x p o n e n t 。 如 果 密 钥 协 商 算 法 是 R S A ，   c l i e n t 会 生 成 一 个 4 8 字 节 长 的 预 主 密 钥 ， 然 后 用 s e r v e r 的 公 钥 加 密 后 发 送 。 如 果 是 D H 算 法 ， 则 发 送 c l i e n t 端 生 成 的 D H   p u b l i c   v a l u e ( d h _ Y c ) ( 请 参 考 D H 的 数 学 原 理 ) ,   此 外 如 果 之 前 的 c l i e n t   c e r t i f i c a t e 已 经 加 密 发 送 了 这 个 值 ， 那 这 里 也 会 发 送 一 个 空 值 过 去 。 C e r t i f i c a t e   V e r i f y ( 可 选 可 选 ) 这 部 分 信 息 如 果 需 要 发 送 ， 会 跟 随 在 C l i e n t   K e y   E x c h a n g e   M e s s a g e 部 分 后 。 F i n i s h e d 在 最 后 ， 发 送 完 C h a n g e C i p h e r S p e c ， 验 证 了 密 钥 交 换 协 议 和 身 份 认 证 成 功 后 ， 会 发 送 f i n i s h 信 息 。 至 此 握 手 完 成 。 M a s t e r   S e c r e t 无 论 用 哪 种 密 钥 协 商 算 法 ， 最 后 的 主 密 钥 计 算 方 法 是 相 同 的 — — T L S 采 用 了 一 个 P R F 来 做 主 密 钥 的 计 算 ， P R F 的 参 数 就 是 之 前 的 两 个 随 机 数 加 上 预 主 密 钥 。 Q   &   A 1 . R S A 的 时 候 直 接 设 置 秘 钥 不 行 么 ， 为 什 么 需 要 引 入 r a n d o m ； 2 . S S L 不 信 任 每 个 c l i e n t 都 能 产 生 安 全 的 随 机 数 ， 所 以 c l i e n t 和 s e r v e r 各 引 入 了 一 个 r a n d o m   v a l u e ； 3 . 三 个 r a n d o m 怎 么 生 成 最 终 的 秘 钥 ； 这 个 问 题 ， 很 多 帖 子 都 没 有 说 明 ， 最 开 始 看 的 时 候 这 是 我 的 一 个 疑 惑 ， 其 实 R F C 中 给 出 了 很 明 确 的 回 答 ， 参 考 握 手 中 的 部 分 。 4 . 为 什 么 不 直 接 用 非 对 称 加 密 通 信 ？ 性 能 问 题 。 因 为 非 对 称 加 密 的 性 能 不 如 对 称 加 密 ， 所 以 T L S 的 核 心 任 务 就 是 怎 么 产 生 一 个 双 方 共 同 的 、 秘 密 的 、 可 信 密 钥 。 T L S   1 . 3 T L S   1 . 3   废 除 了 R S A   密 钥 协 商 机 制 ， 保 证 P F S ， P F S 主 要 是 为 了 避 免 回 溯 性 破 解 ， 回 溯 性 破 解 简 单 的 说 就 是 如 果 在 将 来 拿 到 了 双 防 的 私 钥 ， 能 推 导 出 会 话 密 钥 ， 就 能 解 密 通 信 内 容 。 而 R S A 的 私 钥 是 稳 定 长 期 不 变 的 ， 所 以 无 法 保 证 P F S ， 而 D H 可 以 强 制 每 次 生 成 随 机 私 钥 ， 之 后 强 制 销 毁 ， 可 以 保 证 P F S ， 这 种 D H 变 种 叫 做 D H E 。 T L S 1 . 3 废 除 了 H M A C ( S H A 1 ,   M D 5 ) , 只 采 用 A E A D 验 证 完 整 性 ， A E A D 是 A E 的 变 种 ， 可 以 在 解 密 的 同 时 验 证 完 整 性 T L S 1 . 3 中 ， 对 称 加 密 算 法 只 保 留 了 A E S 。 压 缩 特 性 废 除 。 T L S 1 . 3 由 于 废 除 了 R S A 的 密 钥 协 商 机 制 ， 所 以 握 手 协 议 的 过 程 变 动 较 大 ， 比 如 D H 算 法 的 参 数 1 . 2 前 的 版 本 由 s e r v e r 生 成 ， 整 个 握 手 过 程 2 - R T T ， 而 1 . 3 中 ， D H 参 数 直 接 在 第 一 步 由 c l i e n t 生 成 ， 整 个 握 手 过 程 1 - R T T 。 详 细 的 T L S 1 . 3 握 手 过 程 参 考 R F C   8 4 4 6 （ h t t p s : / / t o o l s . i e t f . o r g / h t m l / r f c 8 4 4 6 # p a g e - 1 3 3 ） ， 有 空 再 写 。 * 本 文 原 创 作 者 ： 本 文 原 创 作 者 ： n o v s e c ， 本 文 属 于 ， 本 文 属 于 F r e e B u f 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 推 荐 阅 读             m a s t e r _ s e c r e t   =   P R F ( p r e _ m a s t e r _ s e c r e t ,   " m a s t e r   s e c r e t " ,                                                     C l i e n t H e l l o . r a n d o m   +   S e r v e r H e l l o . r a n d o m )                                                     [ 0 . . 4 7 ] ;
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