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[24119] 2015-07-22_SSLTLS原理详解

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2015-07-22_SSLTLS原理详解 S S L / T L S   原 理 详 解 L i n u x 中 国   2 0 1 5 - 0 7 - 2 2 本 文 大 部 分 整 理 自 网 络 ， 相 关 文 章 请 见 文 后 参 考 。 S S L / T L S 作 为 一 种 互 联 网 安 全 加 密 技 术 ， 原 理 较 为 复 杂 ， 枯 燥 而 无 味 ， 我 也 是 试 图 理 解 之 后 重 新 整 理 ， 尽 量 做 到 层 次 清 晰 。 正 文 开 始 。 1 .   S S L / T L S 概 览 1 . 1   整 体 结 构 S S L 是 一 个 介 于 H T T P 协 议 与 T C P 之 间 的 一 个 可 选 层 ， 其 位 置 大 致 如 下 : t l s - s s l - _ t c p - i p _ p r o t o c o l . p n g S S L ： （ S e c u r e   S o c k e t   L a y e r ， 安 全 套 接 字 层 ） ， 为 N e t s c a p e 所 研 发 ， 用 以 保 障 在 I n t e r n e t 上 数 据 传 输 之 安 全 ， 利 用 数 据 加 密 ( E n c r y p t i o n ) 技 术 ， 可 确 保 数 据 在 网 络 上 之 传 输 过 程 中 不 会 被 截 取 。 当 前 版 本 为 3 . 0 。 它 已 被 广 泛 地 用 于 W e b 浏 览 器 与 服 务 器 之 间 的 身 份 认 证 和 加 密 数 据 传 输 。 S S L 协 议 位 于 T C P / I P 协 议 与 各 种 应 用 层 协 议 之 间 ， 为 数 据 通 讯 提 供 安 全 支 持 。 S S L 协 议 可 分 为 两 层 ：   S S L 记 录 协 议 （ S S L   R e c o r d P r o t o c o l ） ： 它 建 立 在 可 靠 的 传 输 协 议 （ 如 T C P ） 之 上 ， 为 高 层 协 议 提 供 数 据 封 装 、 压 缩 、 加 密 等 基 本 功 能 的 支 持 。   S S L 握 手 协 议 （ S S L   H a n d s h a k e   P r o t o c o l ） ： 它 建 立 在 S S L 记 录 协 议 之 上 ， 用 于 在 实 际 的 数 据 传 输 开 始 前 ， 通 讯 双 方 进 行 身 份 认 证 、 协 商 加 密 算 法 、 交 换 加 密 密 钥 等 。
T L S ： ( T r a n s p o r t   L a y e r   S e c u r i t y ， 传 输 层 安 全 协 议 ) ， 用 于 两 个 应 用 程 序 之 间 提 供 保 密 性 和 数 据 完 整 性 。 T L S   1 . 0 是 I E T F （ I n t e r n e t   E n g i n e e r i n g   T a s k   F o r c e ， I n t e r n e t 工 程 任 务 组 ） 制 定 的 一 种 新 的 协 议 ， 它 建 立 在 S S L   3 . 0 协 议 规 范 之 上 ， 是 S S L   3 . 0 的 后 续 版 本 ， 可 以 理 解 为 S S L   3 . 1 ， 它 是 写 入 了   R F C   的 。 该 协 议 由 两 层 组 成 ：   T L S   记 录 协 议 （ T L S   R e c o r d ） 和   T L S   握 手 协 议 （ T L S   H a n d s h a k e ） 。 较 低 的 层 为   T L S   记 录 协 议 ， 位 于 某 个 可 靠 的 传 输 协 议 （ 例 如   T C P ） 上 面 。 S S L / T L S 协 议 提 供 的 服 务 主 要 有 ： 1 .   认 证 用 户 和 服 务 器 ， 确 保 数 据 发 送 到 正 确 的 客 户 机 和 服 务 器 ； 2 .   加 密 数 据 以 防 止 数 据 中 途 被 窃 取 ； 3 .   维 护 数 据 的 完 整 性 ， 确 保 数 据 在 传 输 过 程 中 不 被 改 变 。 1 . 2   T L S 与 S S L 的 差 异 1 .   版 本 号 ： T L S 记 录 格 式 与 S S L 记 录 格 式 相 同 ， 但 版 本 号 的 值 不 同 ， T L S 的 版 本 1 . 0 使 用 的 版 本 号 为 S S L v 3 . 1 。 2 .   报 文 鉴 别 码 ： S S L v 3 . 0 和 T L S 的 M A C 算 法 及 M A C 计 算 的 范 围 不 同 。 T L S 使 用 了 R F C - 2 1 0 4 定 义 的 H M A C 算 法 。 S S L v 3 . 0 使 用 了 相 似 的 算 法 ， 两 者 差 别 在 于 S S L v 3 . 0 中 ， 填 充 字 节 与 密 钥 之 间 采 用 的 是 连 接 运 算 ， 而 H M A C 算 法 采 用 的 是 异 或 运 算 。 但 是 两 者 的 安 全 程 度 是 相 同 的 。 3 .   伪 随 机 函 数 ： T L S 使 用 了 称 为 P R F 的 伪 随 机 函 数 来 将 密 钥 扩 展 成 数 据 块 ， 是 更 安 全 的 方 式 。 4 .   报 警 代 码 ： T L S 支 持 几 乎 所 有 的 S S L v 3 . 0 报 警 代 码 ， 而 且 T L S 还 补 充 定 义 了 很 多 报 警 代 码 ， 如 解 密 失 败 （ d e c r y p t i o n _ f a i l e d ） 、 记 录 溢 出 （ r e c o r d _ o v e r f l o w ） 、 未 知 C A （ u n k n o w n _ c a ） 、 拒 绝 访 问 （ a c c e s s _ d e n i e d ） 等 。 5 .   密 文 族 和 客 户 证 书 ： S S L v 3 . 0 和 T L S 存 在 少 量 差 别 ， 即 T L S 不 支 持 F o r t e z z a 密 钥 交 换 、 加 密 算 法 和 客 户 证 书 。 6 .   c e r t i f i c a t e _ v e r i f y 和 f i n i s h e d 消 息 ： S S L v 3 . 0 和 T L S 在 用 c e r t i f i c a t e _ v e r i f y 和 f i n i s h e d 消 息 计 算 M D 5 和 S H A - 1 散 列 码 时 ， 计 算 的 输 入 有 少 许 差 别 ， 但 安 全 性 相 当 。 7 .   加 密 计 算 ： T L S 与 S S L v 3 . 0 在 计 算 主 密 值 （ m a s t e r   s e c r e t ） 时 采 用 的 方 式 不 同 。 8 .   填 充 ： 用 户 数 据 加 密 之 前 需 要 增 加 的 填 充 字 节 。 在 S S L 中 ， 填 充 后 的 数 据 长 度 要 达 到 密 文 块 长 度 的 最 小 整 数 倍 。 而 在 T L S 中 ， 填 充 后 的 数 据 长 度 可 以 是 密 文 块 长 度 的 任 意 整 数 倍 （ 但 填 充 的 最 大 长 度 为 2 5 5 字 节 ） ， 这 种 方 式 可 以 防 止 基 于 对 报 文 长 度 进 行 分 析 的 攻 击 。 T L S 的 主 要 增 强 内 容 的 主 要 增 强 内 容 T L S 的 主 要 目 标 是 使 S S L 更 安 全 ， 并 使 协 议 的 规 范 更 精 确 和 完 善 。 T L S   在 S S L   v 3 . 0   的 基 础 上 ， 提 供 了 以 下 增 强 内 容 ： 1 .   更 安 全 的 M A C 算 法 2 .   更 严 密 的 警 报 3 .   “ 灰 色 区 域 ” 规 范 的 更 明 确 的 定 义 T L S 对 于 安 全 性 的 改 进 对 于 安 全 性 的 改 进 1 .   对 于 消 息 认 证 使 用 密 钥 散 列 法 ： T L S   使 用 “ 消 息 认 证 代 码 的 密 钥 散 列 法 ” （ H M A C ） ， 当 记 录 在 开 放 的 网 络 （ 如 因 特 网 ） 上 传 送 时 ， 该 代 码 确 保 记 录 不 会 被 变 更 。 S S L v 3 . 0 还 提 供 键 控 消 息 认 证 ， 但 H M A C 比 S S L v 3 . 0 使 用 的 （ 消 息 认 证 代 码 ） M A C   功 能 更 安 全 。 2 .   增 强 的 伪 随 机 功 能 （ P R F ） ： P R F 生 成 密 钥 数 据 。 在 T L S 中 ， H M A C 定 义 P R F 。 P R F 使 用 两 种 散 列 算 法 保 证 其 安 全 性 。 如 果 任 一 算 法 暴 露 了 ， 只 要 第 二 种 算 法 未 暴 露 ， 则 数 据 仍 然 是 安 全 的 。 3 .   改 进 的 已 完 成 消 息 验 证 ： T L S 和 S S L v 3 . 0 都 对 两 个 端 点 提 供 已 完 成 的 消 息 ， 该 消 息 认 证 交 换 的 消 息 没 有 被 变 更 。 然 而 ， T L S 将 此 已 完 成 消 息 基 于 P R F 和 H M A C 值 之 上 ， 这 也 比 S S L v 3 . 0 更 安 全 。 4 .   一 致 证 书 处 理 ： 与 S S L v 3 . 0 不 同 ， T L S 试 图 指 定 必 须 在 T L S 之 间 实 现 交 换 的 证 书 类 型 。 5 .   特 定 警 报 消 息 ： T L S 提 供 更 多 的 特 定 和 附 加 警 报 ， 以 指 示 任 一 会 话 端 点 检 测 到 的 问 题 。 T L S 还 对 何 时 应 该 发 送 某 些 警 报 进 行 记 录 。 2 .   密 钥 协 商 过 程 — — T L S 握 手 S S L 协 议 分 为 两 部 分 ： H a n d s h a k e   P r o t o c o l 和 R e c o r d   P r o t o c o l 。 其 中 H a n d s h a k e   P r o t o c o l 用 来 协 商 密 钥 ， 协 议 的 大 部 分 内 容 就 是 通 信 双 方 如 何 利 用 它 来 安 全 的 协 商 出 一 份 密 钥 。   R e c o r d   P r o t o c o l 则 定 义 了 传 输 的 格 式 。 由 于 非 对 称 加 密 的 速 度 比 较 慢 ， 所 以 它 一 般 用 于 密 钥 交 换 ， 双 方 通 过 公 钥 算 法 协 商 出 一 份 密 钥 ， 然 后 通 过 对 称 加 密 来 通 信 ， 当 然 ， 为 了 保 证 数 据 的 完 整 性 ， 在 加 密 前 要 先 经 过 H M A C 的 处 理 。
S S L 缺 省 只 进 行 s e r v e r 端 的 认 证 ， 客 户 端 的 认 证 是 可 选 的 。 以 下 是 其 流 程 图 （ 摘 自 T L S 协 议 ） 。 2 . 1   客 户 端 发 出 请 求 （ C l i e n t H e l l o ） 由 于 客 户 端 ( 如 浏 览 器 ) 对 一 些 加 解 密 算 法 的 支 持 程 度 不 一 样 ， 但 是 在 T L S 协 议 传 输 过 程 中 必 须 使 用 同 一 套 加 解 密 算 法 才 能 保 证 数 据 能 够 正 常 的 加 解 密 。 在 T L S 握 手 阶 段 ， 客 户 端 首 先 要 告 知 服 务 端 ， 自 己 支 持 哪 些 加 密 算 法 ， 所 以 客 户 端 需 要 将 本 地 支 持 的 加 密 套 件 ( C i p h e r   S u i t e ) 的 列 表 传 送 给 服 务 端 。 除 此 之 外 ， 客 户 端 还 要 产 生 一 个 随 机 数 ， 这 个 随 机 数 一 方 面 需 要 在 客 户 端 保 存 ， 另 一 方 面 需 要 传 送 给 服 务 端 ， 客 户 端 的 随 机 数 需 要 跟 服 务 端 产 生 的 随 机 数 结 合 起 来 产 生 后 面 要 讲 到 的   M a s t e r   S e c r e t   。 综 上 ， 在 这 一 步 ， 客 户 端 主 要 向 服 务 器 提 供 以 下 信 息 ： 1 .   支 持 的 协 议 版 本 ， 比 如 T L S   1 . 0 版 2 .   一 个 客 户 端 生 成 的 随 机 数 ， 稍 后 用 于 生 成 ” 对 话 密 钥 ” 3 .   支 持 的 加 密 方 法 ， 比 如 R S A 公 钥 加 密 4 .   支 持 的 压 缩 方 法 2 . 2   服 务 器 回 应 （ S e v e r H e l l o ) 上 图 中 ， 从 S e r v e r   H e l l o 到 S e r v e r   D o n e ， 有 些 服 务 端 的 实 现 是 每 条 单 独 发 送 ， 有 服 务 端 实 现 是 合 并 到 一 起 发 送 。 S e v e r   H e l l o 和 S e r v e r   D o n e 都 是 只 有 头 没 有 内 容 的 数 据 。 服 务 端 在 接 收 到 客 户 端 的 C l i e n t   H e l l o 之 后 ， 服 务 端 需 要 将 自 己 的 证 书 发 送 给 客 户 端 。 这 个 证 书 是 对 于 服 务 端 的 一 种 认 证 。 例 如 ， 客 户 端 收 到 了 一 个 来 自 于 称 自 己 是 w w w . a l i p a y . c o m 的 数 据 ， 但 是 如 何 证 明 对 方 是 合 法 的 a l i p a y 支 付 宝 呢 ？ 这 就 是 证 书 的 作 用 ， 支 付 宝 的 证 书 可 以 证 明 它 是 a l i p a y ， 而 不 是 财 付 通 。 证 书 是 需 要 申 请 ， 并 由 专 门 的 数 字 证 书 认 证 机 构 ( C A ) 通 过 非 常 严 格 的 审 核 之 后 颁 发 的 电 子 证 书 。 颁 发 证 书 的 同 时 会 产 生 一 个 私 钥 和 公 钥 。 私 钥 由 服 务 端 自 己 保 存 ， 不 可 泄 漏 。 公 钥 则 是 附 带 在 证 书 的 信 息 中 ， 可 以 公 开 的 。 证 书 本 身 也 附 带 一 个 证 书 电 子 签 名 ， 这 个 签 名 用 来 验 证 证 书 的 完 整 性 和 真 实 性 ， 可 以 防 止 证 书 被 串 改 。 另 外 ， 证 书 还 有 个 有 效 期 。 在 服 务 端 向 客 户 端 发 送 的 证 书 中 没 有 提 供 足 够 的 信 息 （ 证 书 公 钥 ） 的 时 候 ， 还 可 以 向 客 户 端 发 送 一 个   S e r v e r   K e y   E x c h a n g e ，
此 外 ， 对 于 非 常 重 要 的 保 密 数 据 ， 服 务 端 还 需 要 对 客 户 端 进 行 验 证 ， 以 保 证 数 据 传 送 给 了 安 全 的 合 法 的 客 户 端 。 服 务 端 可 以 向 客 户 端 发 出 C e r f i c a t e   R e q u e s t   消 息 ， 要 求 客 户 端 发 送 证 书 对 客 户 端 的 合 法 性 进 行 验 证 。 比 如 ， 金 融 机 构 往 往 只 允 许 认 证 客 户 连 入 自 己 的 网 络 ， 就 会 向 正 式 客 户 提 供 U S B 密 钥 ， 里 面 就 包 含 了 一 张 客 户 端 证 书 。 跟 客 户 端 一 样 ， 服 务 端 也 需 要 产 生 一 个 随 机 数 发 送 给 客 户 端 。 客 户 端 和 服 务 端 都 需 要 使 用 这 两 个 随 机 数 来 产 生 M a s t e r   S e c r e t 。 最 后 服 务 端 会 发 送 一 个 S e r v e r   H e l l o   D o n e 消 息 给 客 户 端 ， 表 示 S e r v e r   H e l l o 消 息 结 束 了 。 综 上 ， 在 这 一 步 ， 服 务 器 的 回 应 包 含 以 下 内 容 ： 1 .   确 认 使 用 的 加 密 通 信 协 议 版 本 ， 比 如 T L S   1 . 0 版 本 。 如 果 浏 览 器 与 服 务 器 支 持 的 版 本 不 一 致 ， 服 务 器 关 闭 加 密 通 信 2 .   一 个 服 务 器 生 成 的 随 机 数 ， 稍 后 用 于 生 成 ” 对 话 密 钥 ” 3 .   确 认 使 用 的 加 密 方 法 ， 比 如 R S A 公 钥 加 密 4 .   服 务 器 证 书 2 . 3   客 户 端 回 应 （ C e r t i f i c a t e   V e r i f y ） C l i e n t   K e y   E x c h a n g e 如 果 服 务 端 需 要 对 客 户 端 进 行 验 证 ， 在 客 户 端 收 到 服 务 端 的   S e r v e r   H e l l o   消 息 之 后 ， 首 先 需 要 向 服 务 端 发 送 客 户 端 的 证 书 ， 让 服 务 端 来 验 证 客 户 端 的 合 法 性 。 C e r t i f i c a t e   V e r i f y 接 着 ， 客 户 端 需 要 对 服 务 端 的 证 书 进 行 检 查 ， 如 果 证 书 不 是 可 信 机 构 颁 布 、 或 者 证 书 中 的 域 名 与 实 际 域 名 不 一 致 、 或 者 证 书 已 经 过 期 ， 就 会 向 访 问 者 显 示 一 个 警 告 ， 由 其 选 择 是 否 还 要 继 续 通 信 。 如 果 证 书 没 有 问 题 ， 客 户 端 就 会 从 服 务 器 证 书 中 取 出 服 务 器 的 公 钥 。 然 后 ， 向 服 务 器 发 送 下 面 三 项 信 息 ： 1 .   一 个 随 机 数 。 该 随 机 数 用 服 务 器 公 钥 加 密 ， 防 止 被 窃 听 2 .   编 码 改 变 通 知 ， 表 示 随 后 的 信 息 都 将 用 双 方 商 定 的 加 密 方 法 和 密 钥 发 送 3 .   客 户 端 握 手 结 束 通 知 ， 表 示 客 户 端 的 握 手 阶 段 已 经 结 束 。 这 一 项 同 时 也 是 前 面 发 送 的 所 有 内 容 的 h a s h 值 ， 用 来 供 服 务 器 校 验 上 面 第 一 项 的 随 机 数 ， 是 整 个 握 手 阶 段 出 现 的 第 三 个 随 机 数 ， 它 是 客 户 端 使 用 一 些 加 密 算 法 ( 例 如 ： R S A ,   D i f f i e - H e l l m a n ) 产 生 一 个 4 8 个 字 节 的 K e y ， 这 个 K e y 叫   P r e M a s t e r   S e c r e t ， 很 多 材 料 上 也 被 称 作   P r e M a s t e r   K e y 。 C h a n g e C i p h e r S p e c C h a n g e C i p h e r S p e c 是 一 个 独 立 的 协 议 ， 体 现 在 数 据 包 中 就 是 一 个 字 节 的 数 据 ， 用 于 告 知 服 务 端 ， 客 户 端 已 经 切 换 到 之 前 协 商 好 的 加 密 套 件 （ C i p h e r   S u i t e ） 的 状 态 ， 准 备 使 用 之 前 协 商 好 的 加 密 套 件 加 密 数 据 并 传 输 了 。 在 C h a n g e c i p h e r S p e c 传 输 完 毕 之 后 ， 客 户 端 会 使 用 之 前 协 商 好 的 加 密 套 件 和 S e s s i o n   S e c r e t 加 密 一 段   F i n i s h   的 数 据 传 送 给 服 务 端 ， 此 数 据 是 为 了 在 正 式 传 输 应 用 数 据 之 前 对 刚 刚 握 手 建 立 起 来 的 加 解 密 通 道 进 行 验 证 。 2 . 4   服 务 器 的 最 后 回 应 （ S e r v e r   F i n i s h ） 服 务 端 在 接 收 到 客 户 端 传 过 来 的   P r e M a s t e r   加 密 数 据 之 后 ， 使 用 私 钥 对 这 段 加 密 数 据 进 行 解 密 ， 并 对 数 据 进 行 验 证 ， 也 会 使 用 跟 客 户 端 同 样 的 方 式 生 成   S e s s i o n   S e c r e t ， 一 切 准 备 好 之 后 ， 会 给 客 户 端 发 送 一 个   C h a n g e C i p h e r S p e c ， 告 知 客 户 端 已 经 切 换 到 协 商 过 的 加 密 套 件 状 态 ， 准 备 使 用 加 密 套 件 和   S e s s i o n   S e c r e t 加 密 数 据 了 。 之 后 ， 服 务 端 也 会 使 用   S e s s i o n   S e c r e t   加 密 一 段   F i n i s h   消 息 发 送 给 客 户 端 ， 以 验 证 之 前 通 过 握 手 建 立 起 来 的 加 解 密 通 道 是 否 成 功 。 根 据 之 前 的 握 手 信 息 ， 如 果 客 户 端 和 服 务 端 都 能 对 F i n i s h 信 息 进 行 正 常 加 解 密 且 消 息 正 确 的 被 验 证 ， 则 说 明 握 手 通 道 已 经 建 立 成 功 ， 接 下 来 ， 双 方 可 以 使 用 上 面 产 生 的 S e s s i o n   S e c r e t 对 数 据 进 行 加 密 传 输 了 。 2 . 5   几 个 s e c r e t
S e c r e t   K e y s 上 面 的 分 析 和 讲 解 主 要 是 为 了 突 出 握 手 的 过 程 ， 所 以 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 ， s e s s i o n   s e c r e t 都 是 一 代 而 过 ， 但 是 对 于 H t t p s ， S S L / T L S 深 入 的 理 解 和 掌 握 ， 这 些 S e c r e t   K e y s 是 非 常 重 要 的 部 分 。 所 以 ， 准 备 把 这 些 S e c r e t   K e y s 抽 出 来 单 独 分 析 和 讲 解 。 我 们 先 来 看 看 这 些 S e c r e t   K e y s 的 生 成 过 程 以 及 作 用 流 程 图 ： P r e M a s t e r   s e c r e t P r e M a s t e r   S e c r e t 是 在 客 户 端 使 用 R S A 或 者 D i f f i e - H e l l m a n 等 加 密 算 法 生 成 的 。 它 将 用 来 跟 服 务 端 和 客 户 端 在 H e l l o 阶 段 产 生 的 随 机 数 结 合 在 一 起 生 成   M a s t e r   S e c r e t 。 在 客 户 端 使 用 服 务 端 的 公 钥 对 P r e M a s t e r   S e c r e t 进 行 加 密 之 后 传 送 给 服 务 端 ， 服 务 端 将 使 用 私 钥 进 行 解 密 得 到 P r e M a s t e r s e c r e t 。 也 就 是 说 服 务 端 和 客 户 端 都 有 一 份 相 同 的 P r e M a s t e r   s e c r e t 和 随 机 数 。 P r e M a s t e r   s e c r e t 前 两 个 字 节 是 T L S 的 版 本 号 ， 这 是 一 个 比 较 重 要 的 用 来 核 对 握 手 数 据 的 版 本 号 ， 因 为 在 C l i e n t   H e l l o 阶 段 ， 客 户 端 会 发 送 一 份 加 密 套 件 列 表 和 当 前 支 持 的 S S L / T L S 的 版 本 号 给 服 务 端 ， 而 且 是 使 用 明 文 传 送 的 ， 如 果 握 手 的 数 据 包 被 破 解 之 后 ， 攻 击 者 很 有 可 能 串 改 数 据 包 ， 选 择 一 个 安 全 性 较 低 的 加 密 套 件 和 版 本 给 服 务 端 ， 从 而 对 数 据 进 行 破 解 。 所 以 ， 服 务 端 需 要 对 密 文 中 解 密 出 来 对 的 P r e M a s t e r 版 本 号 跟 之 前 C l i e n t   H e l l o 阶 段 的 版 本 号 进 行 对 比 ， 如 果 版 本 号 变 低 ， 则 说 明 被 串 改 ， 则 立 即 停 止 发 送 任 何 消 息 。 关 于 P r e M a s t e r   S e c r e t ( K e y ) 的 计 算 请 参 考   H t t p s   S S L / T L S   P r e M a s t e r / M a s t e r   S e c r e t ( K e y ) 计 算 。 M a s t e r   s e c r e t 上 面 已 经 提 到 ， 由 于 服 务 端 和 客 户 端 都 有 一 份 相 同 的 P r e M a s t e r   s e c r e t 和 随 机 数 ， 这 个 随 机 数 将 作 为 后 面 产 生 M a s t e r   s e c r e t 的 种 子 ， 结 合 P r e M a s t e r   s e c r e t ， 客 户 端 和 服 务 端 将 计 算 出 同 样 的 M a s t e r   s e c r e t 。 M a s t e r   s e c r e t 是 有 系 列 的 h a s h 值 组 成 的 ， 它 将 作 为 数 据 加 解 密 相 关 的 s e c r e t 的   K e y   M a t e r i a l   的 一 部 分 。 K e y   M a t e r i a l 最 终 解 析 出 来 的 数 据 如 下 ：
其 中 ， w r i t e   M A C   k e y ， 就 是 s e s s i o n   s e c r e t 或 者 说 是 s e s s i o n   k e y 。 C l i e n t   w r i t e   M A C   k e y 是 客 户 端 发 数 据 的 s e s s i o n   s e c r e t ， S e r v e r   w r i t e   M A C   s e c r e t 是 服 务 端 发 送 数 据 的 s e s s i o n   k e y 。 M A C ( M e s s a g e   A u t h e n t i c a t i o n   C o d e ) ， 是 一 个 数 字 签 名 ， 用 来 验 证 数 据 的 完 整 性 ， 可 以 检 测 到 数 据 是 否 被 串 改 。 关 于 S e s s i o n   S e c r e t ( K e y ) 的 计 算 请 参 考   H t t p s   S S L / T L S   S e s s i o n   S e c r e t ( K e y ) 计 算 。 2 . 6   应 用 数 据 传 输 在 所 有 的 握 手 阶 段 都 完 成 之 后 ， 就 可 以 开 始 传 送 应 用 数 据 了 。 应 用 数 据 在 传 输 之 前 ， 首 先 要 附 加 上 M A C   s e c r e t ， 然 后 再 对 这 个 数 据 包 使 用 w r i t e   e n c r y p t i o n   k e y 进 行 加 密 。 在 服 务 端 收 到 密 文 之 后 ， 使 用 C l i e n t   w r i t e   e n c r y p t i o n   k e y 进 行 解 密 ， 客 户 端 收 到 服 务 端 的 数 据 之 后 使 用 S e r v e r w r i t e   e n c r y p t i o n   k e y 进 行 解 密 ， 然 后 使 用 各 自 的 w r i t e   M A C   k e y 对 数 据 的 完 整 性 包 括 是 否 被 串 改 进 行 验 证 。 2 . 7   总 结 S S L 客 户 端 （ 也 是 T C P 的 客 户 端 ） 在 T C P 链 接 建 立 之 后 ， 发 出 一 个 C l i e n t H e l l o 来 发 起 握 手 ， 这 个 消 息 里 面 包 含 了 自 己 可 实 现 的 算 法 列 表 和 其 它 一 些 需 要 的 消 息 ， S S L 的 服 务 器 端 会 回 应 一 个 S e r v e r H e l l o ， 这 里 面 确 定 了 这 次 通 信 所 需 要 的 算 法 ， 然 后 发 过 去 自 己 的 证 书 （ 里 面 包 含 了 身 份 和 自 己 的 公 钥 ） 。 C l i e n t 在 收 到 这 个 消 息 后 会 生 成 一 个 秘 密 消 息 ， 用 S S L 服 务 器 的 公 钥 加 密 后 传 过 去 ， S S L 服 务 器 端 用 自 己 的 私 钥 解 密 后 ， 会 话 密 钥 协 商 成 功 ， 双 方 可 以 用 同 一 份 会 话 密 钥 来 通 信 了 。 3 .   附 ： 密 钥 协 商 的 形 象 化 比 喻 如 果 上 面 的 说 明 不 够 清 晰 ， 这 里 我 们 用 个 形 象 的 比 喻 ， 我 们 假 设 A 与 B 通 信 ， A 是 S S L 客 户 端 ， B 是 S S L 服 务 器 端 ， 加 密 后 的 消 息 放 在 方 括 号 [ ] 里 ， 以 突 出 明 文 消 息 的 区 别 。 双 方 的 处 理 动 作 的 说 明 用 圆 括 号 （ ） 括 起 。 A ： 我 想 和 你 安 全 的 通 话 ， 我 这 里 的 对 称 加 密 算 法 有 D E S , R C 5 , 密 钥 交 换 算 法 有 R S A 和 D H ， 摘 要 算 法 有 M D 5 和 S H A 。 B ： 我 们 用 D E S － R S A － S H A 这 对 组 合 好 了 。 这 是 我 的 证 书 ， 里 面 有 我 的 名 字 和 公 钥 ， 你 拿 去 验 证 一 下 我 的 身 份 （ 把 证 书 发 给 A ） 。 目 前 没 有 别 的 可 说 的 了 。 A ： （ 查 看 证 书 上 B 的 名 字 是 否 无 误 ， 并 通 过 手 头 早 已 有 的 C A 的 证 书 验 证 了 B 的 证 书 的 真 实 性 ， 如 果 其 中 一 项 有 误 ， 发 出 警 告 并 断 开 连 接 ， 这 一 步 保 证 了 B 的 公 钥 的 真 实 性 ） （ 产 生 一 份 秘 密 消 息 ， 这 份 秘 密 消 息 处 理 后 将 用 作 加 密 密 钥 ， 加 密 初 始 化 向 量 （ I V ） 和 h m a c 的 密 钥 。 将 这 份 秘 密 消 息 - 协 议 中 称 为 p e r _ m a s t e r _ s e c r e t - 用 B 的 公 钥 加 密 ， 封 装 成 称 作 C l i e n t K e y E x c h a n g e 的 消 息 。 由 于 用 了 B 的 公 钥 ， 保 证 了 第 三 方 无 法 窃 听 ） 我 生 成 了 一 份 秘 密 消 息 ， 并 用 你 的 公 钥 加 密 了 ， 给 你 （ 把 C l i e n t K e y E x c h a n g e 发 给 B ） 注 意 ， 下 面 我 就 要 用 加 密 的 办 法 给 你 发 消 息 了 ！
（ 将 秘 密 消 息 进 行 处 理 ， 生 成 加 密 密 钥 ， 加 密 初 始 化 向 量 和 h m a c 的 密 钥 ） [ 我 说 完 了 ] B ： （ 用 自 己 的 私 钥 将 C l i e n t K e y E x c h a n g e 中 的 秘 密 消 息 解 密 出 来 ， 然 后 将 秘 密 消 息 进 行 处 理 ， 生 成 加 密 密 钥 ， 加 密 初 始 化 向 量 和 h m a c 的 密 钥 ， 这 时 双 方 已 经 安 全 的 协 商 出 一 套 加 密 办 法 了 ） 注 意 ， 我 也 要 开 始 用 加 密 的 办 法 给 你 发 消 息 了 ！ [ 我 说 完 了 ] A :   [ 我 的 秘 密 是 … ] B :   [ 其 它 人 不 会 听 到 的 … ] 4 .   S S L 安 全 性 S e c u r i t y P o r t a l 在 2 0 0 0 年 底 有 一 份 文 章 《 T h e   E n d   o f   S S L   a n d   S S H ? 》 激 起 了 很 多 的 讨 论 ，   目 前 也 有 一 些 成 熟 的 工 具 如 d s n i f f （ h t t p : / / w w w . m o n k e y . o r g / ~ d u g s o n g / d s n i f f / ） 可 以 通 过 m a n   i n   t h e   m i d d l e 攻 击 来 截 获 h t t p s 的 消 息 。 从 上 面 的 原 理 可 知 ， S S L 的 结 构 是 严 谨 的 ， 问 题 一 般 出 现 在 实 际 不 严 谨 的 应 用 中 。 常 见 的 攻 击 就 是 m i d d l e   i n   t h e   m i d d l e 攻 击 ， 它 是 指 在 A 和 B 通 信 的 同 时 ， 有 第 三 方 C 处 于 信 道 的 中 间 ， 可 以 完 全 听 到 A 与 B 通 信 的 消 息 ， 并 可 拦 截 ， 替 换 和 添 加 这 些 消 息 。 1 .   S S L 可 以 允 许 多 种 密 钥 交 换 算 法 ， 而 有 些 算 法 ， 如 D H ， 没 有 证 书 的 概 念 ， 这 样 A 便 无 法 验 证 B 的 公 钥 和 身 份 的 真 实 性 ， 从 而 C 可 以 轻 易 的 冒 充 ， 用 自 己 的 密 钥 与 双 方 通 信 ， 从 而 窃 听 到 别 人 谈 话 的 内 容 。 而 为 了 防 止 m i d d l e   i n   t h e   m i d d l e 攻 击 ， 应 该 采 用 有 证 书 的 密 钥 交 换 算 法 。 2 .   有 了 证 书 以 后 ， 如 果 C 用 自 己 的 证 书 替 换 掉 原 有 的 证 书 之 后 ， A 的 浏 览 器 会 弹 出 一 个 警 告 框 进 行 警 告 ， 但 又 有 多 少 人 会 注 意 这 个 警 告 呢 ？ 3 .   由 于 美 国 密 码 出 口 的 限 制 ， I E ， n e t s c a p e 等 浏 览 器 所 支 持 的 加 密 强 度 是 很 弱 的 ， 如 果 只 采 用 浏 览 器 自 带 的 加 密 功 能 的 话 ， 理 论 上 存 在 被 破 解 可 能 。 5 .   代 理 下 面 探 讨 一 下 S S L 的 代 理 是 怎 样 工 作 的 当 在 浏 览 器 里 设 置 了 h t t p s 的 代 理 ， 而 且 里 输 入 了 之 后 ， 浏 览 器 会 与 p r o x y 建 立 t c p 链 接 ， 然 后 向 其 发 出 这 么 一 段 消 息 ： 然 后 p r o x y 会 向 w e b s e r v e r 端 建 立 t c p 连 接 , 之 后 ， 这 个 代 理 便 完 全 成 了 个 内 容 转 发 装 置 。 浏 览 器 与 w e b   s e r v e r 会 建 立 一 个 安 全 通 道 ， 因 此 这 个 安 全 通 道 是 端 到 端 的 ， 尽 管 所 有 的 信 息 流 过 了 p r o x y , 但 其 内 容 p r o x y 是 无 法 解 密 和 改 动 的 （ 当 然 要 由 证 书 的 支 持 ， 否 则 这 个 地 方 便 是 个 m a n   i n t h e   m i d d l e 攻 击 的 好 场 所 ， 见 上 面 的 安 全 部 分 ） 。 C A 证 书 以 及 如 何 使 用 O p e n S S L 自 签 署 ， 见 文 章 O p e n S S L 自 签 署 证 书   。 6 .   参 考 H t t p s ( S S L / T L S ) 原 理 详 解 K e y l e s s   S S L :   T h e   N i t t y   G r i t t y   T e c h n i c a l   D e t a i l s S S L 与 T L S 的 区 别 以 及 介 绍 h t t p s : / / w w w . e x a m p l e . c o m 1 .   C O N N E C T   s e r v e r . e x a m p l e . c o m : 4 4 3   H T T P / 1 . 1 2 .   H o s t :   s e r v e r . e x a m p l e . c o m : 4 4 3
S S L / T L S 协 议 运 行 机 制 的 概 述 S S L / T L S / W T L S 原 理 T r a n s p o r t   L a y e r   S e c u r i t y   ( T L S ) 传 输 层 安 全 协 议 S u r v i v a l   g u i d e s   -   T L S / S S L   a n d   S S L   ( X . 5 0 9 )   C e r t i f i c a t e s 阅 读 原 文
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