SSL協(xié)議的工作原理(圖解安全套接字)參考

1、SSL協(xié)議的工作原理(圖解安全套接字)SSL協(xié)議的工作原理(圖解安全套接字)SSL協(xié)議的工作原理(圖解安全套接字) SSL協(xié)議的工作原理圖解安全套接字SSL協(xié)議的工作原理1、密碼學(xué)的相關(guān)概念 密碼學(xué)（cryptography）：目的是通過將信息編碼使其不可讀，從而達到HYPERLINK /安全性。明文（plain text）：發(fā)送人、接受人和任何訪問消息的人都能理解的消息。密文（cipher text）：明文消息經(jīng)過某種編碼后，得到密文消息。加密（encryption）：將明文消息變成密文消息。解密（decryption）：將密文消息變成明文消息。算法：取一個輸入文本，產(chǎn)生一個輸出文本。加密算

2、法：發(fā)送方進行加密的算法。解密算法：接收方進行解密的算法。密鑰（key）：只有發(fā)送方和接收方理解的消息對稱密鑰加密（Symmetric Key Cryptography）：加密與解密使用相同密鑰。非對稱密鑰加密（Asymmetric Key Cryptography）：加密與解密使用不同密鑰。 2、相關(guān)的加密算法介紹 DES算法即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，也稱為數(shù)據(jù)加密算法。加密過程如下：HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909133568.png 在SSL中會用到分組DES、三重DES算法等加密算法對數(shù)據(jù)進行加密。當(dāng)然可以選用其他非DES加密算法，視情況

3、而定，后面會詳細介紹。 3、密鑰HYPERLINK /List_7.html交換算法 使用對稱加密算法時，密鑰HYPERLINK /List_7.html交換是個大難題，所以Diffie和Hellman提出了著名的Diffie-Hellman密鑰交換算法。 Diffie-Hellman密鑰交換算法原理： （1）Alice與Bob確定兩個大素數(shù)n和g，這兩個數(shù)不用保密（2）Alice選擇另一個大隨機數(shù)x，并計算A如下：A=gx mod n（3）Alice將A發(fā)給Bob（4）Bob選擇另一個大隨機數(shù)y，并計算B如下：B=gy mod n（5）Bob將B發(fā)給Alice（6）計算秘密密鑰K1如下：K1

4、=Bx mod n（7）計算秘密密鑰K2如下：K2=Ay mod nK1=K2，因此Alice和Bob可以用其進行加解密 RSA加密算法是基于這樣的數(shù)學(xué)事實：兩個大素數(shù)相乘容易，而對得到的乘積求因子則很難。加密過程如下： (1)選擇兩個大素數(shù)P、Q(2)計算N=P*Q(3)選擇一個公鑰（加密密鑰）E，使其不是(P-1)與(Q-1)的因子(4)選擇私鑰（解密密鑰）D，滿足如下條件： (D*E) mod (P-1)(Q-1)=1(5)加密時，明文PT計算密文CT如下： CT=PTE mod N(6)解密時，從密文CT計算明文PT如下： PT=CTDmodN 這也是SSL中會用一種密鑰交換算法。 3

5、、散列算法： 主要用于驗證數(shù)據(jù)的完整性，即保證時消息在發(fā)送之后和接收之前沒有被篡改對于SSL中使用到的散列算法有MD5、SHA-1. 4、數(shù)字證書： 數(shù)字證書其實就是一個小的計算機文件，其作用類似于我們的身份證、護照，用于證明身份，在SSL中，使用數(shù)字證書來證明自己的身份，而不是偽造的。 5、簡單的總結(jié)： 在SSL中會使用密鑰交換算法交換密鑰；使用密鑰對數(shù)據(jù)進行加密；使用散列算法對數(shù)據(jù)的完整性進行驗證，使用數(shù)字證書證明自己的身份。好了，下面開始介紹SSLHYPERLINK /List_11.html協(xié)議。 SSL介紹： HYPERLINK /安全套接字（Secure Socket Layer，

6、SSL）HYPERLINK /List_11.html協(xié)議是Web瀏覽器與WebHYPERLINK /服務(wù)器之間安全交換信息的HYPERLINK /List_11.html協(xié)議，提供兩個基本的安全服務(wù)：鑒別與保密。 SSL是Netscape于1994年開發(fā)的，后來成為了世界上最著名的web安全機制，所有主要的瀏覽器都支持SSL協(xié)議。 目前有三個版本：2、3、3.1，最常用的是第3版，是1995年發(fā)布的。 SSL協(xié)議的三個特性 保密：在握手協(xié)議中定義了會話密鑰后，所有的消息都被加密。 鑒別：可選的客戶端認證，和強制的HYPERLINK /服務(wù)器端認證。 完整性：傳送的消息包括消息完整性檢查（使用

7、MAC）。 SSL的位置 SSL介于應(yīng)用層和TCP層之間。應(yīng)用層數(shù)據(jù)不再直接傳遞給傳輸層，而是傳遞給SSL層，SSL層對從應(yīng)用層收到的數(shù)據(jù)進行加密，并增加自己的SSL頭。HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909324043.png SSL的工作原理 握手協(xié)議（Handshake protocol） 記錄協(xié)議（Record protocol） 警報協(xié)議（Alert protocol） 1、握手協(xié)議 握手協(xié)議是客戶機和服務(wù)器用SSL連接通信時使用的第一個子協(xié)議，握手協(xié)議包括客戶機與服務(wù)器之間的一系列消息。SSL中最復(fù)雜的協(xié)議就是握手協(xié)議。該協(xié)議允許

8、服務(wù)器和客戶機相互驗證，協(xié)商加密和MAC算法以及保密密鑰，用來保護在SSL記錄中發(fā)送的數(shù)據(jù)。握手協(xié)議是在應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸之前使用的。 每個握手協(xié)議包含以下3個字段 （1）Type：表示10種消息類型之一 （2）Length：表示消息長度字節(jié)數(shù) （3）Content：與消息相關(guān)的參數(shù)HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909333646.png 握手協(xié)議的4個階段詳細出處參考：HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909340062.png 1.1 建立安全能力 SSL握手的第一階段啟動邏輯連接，建立

9、這個連接的安全能力。首先客戶機向服務(wù)器發(fā)出client hello消息并等待服務(wù)器響應(yīng)，隨后服務(wù)器向客戶機返回server hello消息，對client hello消息中的信息進行確認。 Client hello消息包括Version，Random，Session id，Cipher suite，Compression method等信息。 ClientHello 客戶發(fā)送CilentHello信息，包含如下內(nèi)容： （1）客戶端可以支持的SSL最高版本號 （2）一個用于生成主秘密的32字節(jié)的隨機數(shù)。（等會介紹主秘密是什么） （3）一個確定會話的會話ID. （4）一個客戶端可以支持的密碼套件列

10、表。 密碼套件格式：每個套件都以“SSL”開頭，緊跟著的是密鑰交換算法。用“With”這個詞把密鑰交換算法、加密算法、散列算法分開，例如：SSL_DHE_RSA_WITH_DES_CBC_SHA， 表示把DHE_RSA（帶有RSA數(shù)字簽名的暫時Diffie-HellMan）定義為密鑰交換算法；把DES_CBC定義為加密算法；把SHA定義為散列算法。 （5）一個客戶端可以支持的壓縮算法列表。 ServerHello服務(wù)器用ServerHello信息應(yīng)答客戶，包括下列內(nèi)容 （1）一個SSL版本號。取客戶端支持的最高版本號和服務(wù)端支持的最高版本號中的較低者。 （2）一個用于生成主秘密的32字節(jié)的隨機

11、數(shù)。（客戶端一個、服務(wù)端一個） （3）會話ID （4）從客戶端的密碼套件列表中選擇的一個密碼套件 （5）從客戶端的壓縮方法的列表中選擇的壓縮方法 這個階段之后，客戶端服務(wù)端知道了下列內(nèi)容： （1）SSL版本 （2）密鑰交換、信息驗證和加密算法 （3）壓縮方法 （4）有關(guān)密鑰生成的兩個隨機數(shù)。 1.2 服務(wù)器鑒別與密鑰交換 服務(wù)器啟動SSL握手第2階段，是本階段所有消息的唯一發(fā)送方，客戶機是所有消息的唯一接收方。該階段分為4步： （a）證書：服務(wù)器將數(shù)字證書和到根CA整個鏈發(fā)給客戶端，使客戶端能用服務(wù)器證書中的服務(wù)器公鑰認證服務(wù)器。 （b）服務(wù)器密鑰交換（可選）：這里視密鑰交換算法而定 （c）證

12、書請求：服務(wù)端可能會要求客戶自身進行驗證。 （d）服務(wù)器握手完成：第二階段的結(jié)束，第三階段開始的信號HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909355927.png 這里重點介紹一下服務(wù)端的驗證和密鑰交換。這個階段的前面的（a）證書 和（b）服務(wù)器密鑰交換是基于密鑰交換方法的。而在SSL中密鑰交換算法有6種：無效（沒有密鑰交換）、RSA、匿名Diffie-Hellman、暫時Diffie-Hellman、固定Diffie-Hellman、Fortezza. 在階段1過程客戶端與服務(wù)端協(xié)商的過程中已經(jīng)確定使哪種密鑰交換算法。 如果協(xié)商過程中確定使用R

13、SA交換密鑰，那么過程如下圖：HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909364507.jpg 這個方法中，服務(wù)器在它的第一個信息中，發(fā)送了RSA加密/解密公鑰證書。不過，因為預(yù)備主秘密是由客戶端在下一個階段生成并發(fā)送的，所以第二個信息是空的。注意，公鑰證書會進行從服務(wù)器到客戶端的驗證。當(dāng)服務(wù)器收到預(yù)備主秘密時，它使用私鑰進行解密。服務(wù)端擁有私鑰是一個證據(jù)，可以證明服務(wù)器是一個它在第一個信息發(fā)送的公鑰證書中要求的實體。 其他的幾種密鑰交換算法這里就不介紹了?？梢詤⒖糂ehrouz A.Forouzan著的密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全。 1.3 客戶機鑒別與密鑰

14、交換：HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909371686.png 客戶機啟動SSL握手第3階段，是本階段所有消息的唯一發(fā)送方，服務(wù)器是所有消息的唯一接收方。該階段分為3步： （a）證書（可選）：為了對服務(wù)器證明自身，客戶要發(fā)送一個證書信息，這是可選的，在IIS中可以配置強制客戶端證書認證。 （b）客戶機密鑰交換（Pre-master-secret）：這里客戶端將預(yù)備主密鑰發(fā)送給服務(wù)端，注意這里會使用服務(wù)端的公鑰進行加密。 （c）證書驗證（可選），對預(yù)備秘密和隨機數(shù)進行簽名，證明擁有（a）證書的公鑰。 下面也重點介紹一下RSA方式的客戶端驗證和

15、密鑰交換。HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909374583.jpg 這種情況，除非服務(wù)器在階段II明確請求，否則沒有證書信息?？蛻舳嗣荑€交換方法包括階段II收到的由RSA公鑰加密的預(yù)備主密鑰。 階段III之后，客戶要有服務(wù)器進行驗證，客戶和服務(wù)器都知道預(yù)備主密鑰。 1.4 完成HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909381384.png 客戶機啟動SSL握手第4階段，使服務(wù)器結(jié)束。該階段分為4步，前2個消息來自客戶機，后2個消息來自服務(wù)器。1.5 密鑰生成的過程 這樣握手協(xié)議完成，下面看下什

16、么是預(yù)備主密鑰，主密鑰是怎么生成的。為了保證信息的完整性和機密性，SSL需要有六個加密秘密：四個密鑰和兩個IV.為了信息的可信性，客戶端需要一個密鑰（HMAC），為了加密要有一個密鑰，為了分組加密要一個IV，服務(wù)也是如此。SSL需要的密鑰是單向的，不同于那些在其他方向的密鑰。如果在一個方向上有攻擊，這種攻擊在其他方向是沒影響的。生成過程如下：HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909385136.png HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909394346.png HYPERLINK /UploadFiles_6776/201305/2013050909400673.png 2、記錄協(xié)議 記錄協(xié)議在客戶機和服務(wù)器握手成功后使用，即客戶機和服務(wù)器鑒別對方和確定安全信息交換使用的算法后，進入SSL記錄協(xié)議，記錄協(xié)議向SSL連接提供兩個服務(wù)： （1）保密性：使用握手協(xié)議定義的秘密密鑰實現(xiàn) （2）完整性：握手協(xié)議定義了MAC，用于保證消息完整