SSL协议的工作原理

1、SSL 协议的工作原理图解安全套接字SSL协议的工作原理1、密码学的相关概念密码学(cryptography)：目的是通过将信息编码使其不可读，从而达到安全性。明文(plain text)：发送人、接受人和任何访问消息的人都能理解的消息。密文(cipher text): 明文消息经过某种编码后，得到密文消息。加密encryption)：将明文消息变成密文消息。 解密(decryption)：将密文消息变成明文消息。算法：取一个输入文本，产生一个输出文 本。加密算法：发送方进行加密的算法。解密算法：接收方进行解密的算法。密钥(key)： 只有发送方和接收方理解的消息对称密钥加密(Symmetrie Key Cryptography)：加密与解 密使用相同密钥。非对称密钥加密(Asymme trie Key Cryp tography)：加密与解密使用不同 密钥。2、相关的加密算法介绍DES算法即数据加密标准，也称为数据加密算法。加密过程如下：在SSL中会用到分组DES、三重DES算法等加密算法对数据进行加密。当然可以选用其 他非DES加密算法，视情况而定，后面会详细介绍。3、密钥交换算法

2、使用对称加密算法时，密钥交换是个大难题，所以Diffie和Hellman提出了著名的 Diffie-Hellman密钥交换算法。Diffie-Hellman密钥交换算法原理：(1) Alice与Bob确定两个大素数n和g,这两个数不用保密(2) Alice选择另一个大随机数x,并计算A 如下：A=gx mod n (3) Alice将A发给Bob (4) Bob选择另一大随机数y,并计算B如下：B=gy mod n (5) Bob将B发给Alice (6)计算秘密密钥K1如下:K1=Bx mod n(7)计算秘密密钥K2如下:K2=Ay mod nK1=K2, 因此Alice和Bob可以用其进行加解密RSA加密算法是基于这样的数学事实：两个大素数相乘容易，而对得到的乘积求因子则 很难。加密过程如下：(1 )选择两个大素数P、Q(2)计算N=P*Q(3)选择一个公钥(加密密钥)E,使其不是(P-1)与(Q-1)的因子(4)选择私钥(解密密钥)D,满足如下条件：(D*E) mod (PT)(QT)=1加密时，明文PT计算密文CT如下：CT=PTE mod N(6)解密时，从密文CT计算明文

3、PT如下：PT=CTDmodN这也是SSL中会用一种密钥交换算法。3、散列算法：主要用于验证数据的完整性，即保证时消息在发送之后和接收之前没有被篡改对于SSL 中使用到的散列算法有MD5、SHA-1.4、数字证书：数字证书其实就是一个小的计算机文件，其作用类似于我们的身份证、护照，用于证明 身份，在SSL中，使用数字证书来证明自己的身份，而不是伪造的。5、简单的总结：在SSL中会使用密钥交换算法交换密钥；使用密钥对数据进行加密；使用散列算法对数 据的完整性进行验证，使用数字证书证明自己的身份。好了，下面开始介绍SSL协议SSL介绍：安全套接字(Secure Socket Layer，SSL)协议是Web浏览器与Web服务器之间安全交 换信息的协议，提供两个基本的安全服务：鉴别与保密。SSL是Netscape于1994年开发的，后来成为了世界上最著名的web安全机制，所有主 要的浏览器都支持SSL协议。目前有三个版本：2、3、，最常用的是第3版，是1995年发布的。SSL协议的三个特性 保密：在握手协议中定义了会话密钥后，所有的消息都被加密。 鉴别：可选的客户端认证，和强制的服务器端认证

4、。 完整性：传送的消息包括消息完整性检查(使用M AC)。SSL的位置SSL介于应用层和TCP层之间。应用层数据不再直接传递给传输层，而是传递给SSL层, SSL层对从应用层收到的数据进行加密，并增加自己的SSL头。SSL的工作原理握手协议(Handshake protocol)记录协议(Record protocol)警报协议(Alert protocol)1、握手协议握手协议是客户机和服务器用SSL连接通信时使用的第一个子协议，握手协议包括客户 机与服务器之间的一系列消息。SSL中最复杂的协议就是握手协议。该协议允许服务器和客 户机相互验证，协商加密和MAC算法以及保密密钥，用来保护在SSL记录中发送的数据。握 手协议是在应用程序的数据传输之前使用的。每个握手协议包含以下3个字段(1) Type：表示10种消息类型之一(2) Leng th：表示消息长度字节数(3) Con ten t：与消息相关的参数握手协议的4个阶段详细出处参考：建立安全能力SSL握手的第一阶段启动逻辑连接，建立这个连接的安全能力。首先客户机向服务器发 出clien t hell o消息并等待服务器响应，随后服

5、务器向客户机返回server hell o消息，对 client hello消息中的信息进行确认。Client hello 消息包括 Version, Random， Session id， Cipher suite, Compression met hod等信息。ClientHello客户发送CilentHello信息，包含如下内容：(1) 客户端可以支持的SSL最高版本号(2) 一个用于生成主秘密的32字节的随机数。(等会介绍主秘密是什么)(3) 个确定会话的会话ID.(4) 一个客户端可以支持的密码套件列表。密码套件格式：每个套件都以“SSL”开头，紧跟着的是密钥交换算法。用“With”这 个词把密钥交换算法、加密算法、散列算法分开，例如：SSL_DHE_RSA_WITH_DES_CBC_SHA, 表示把DHE_RSA (带有RSA数字签名的暂时Diffie-HellMan)定义为密钥交换算法；把 DES_CBC定义为加密算法；把SHA定义为散列算法。(5) 一个客户端可以支持的压缩算法列表。ServerHello服务器用ServerHello信息应答客户，包括下列内容(1) 一

6、个SSL版本号。取客户端支持的最高版本号和服务端支持的最高版本号中的较 低者。(2) 一个用于生成主秘密的32字节的随机数。(客户端一个、服务端一个)(3) 会话ID(4) 从客户端的密码套件列表中选择的一个密码套件(5) 从客户端的压缩方法的列表中选择的压缩方法这个阶段之后，客户端服务端知道了下列内容：(1) SSL版本(2) 密钥交换、信息验证和加密算法(3) 压缩方法(4) 有关密钥生成的两个随机数。服务器鉴别与密钥交换服务器启动SSL握手第2阶段，是本阶段所有消息的唯一发送方，客户机是所有消息的 唯一接收方。该阶段分为4步：(a) 证书：服务器将数字证书和到根CA整个链发给客户端，使客户端能用服务器证书 中的服务器公钥认证服务器。(b) 服务器密钥交换(可选)：这里视密钥交换算法而定(c) 证书请求：服务端可能会要求客户自身进行验证。(d) 服务器握手完成：第二阶段的结束，第三阶段开始的信号这里重点介绍一下服务端的验证和密钥交换。这个阶段的前面的(a)证书和(b)服 务器密钥交换是基于密钥交换方法的。而在SSL中密钥交换算法有6种：无效(没有密钥交 换）、RSA、匿名 Diff

7、ie-Hellman、暂时 Diffie-Hellman、固定 Diffie-Hellman、Fortezza.在阶段1过程客户端与服务端协商的过程中已经确定使哪种密钥交换算法。如果协商过程中确定使用RSA交换密钥，那么过程如下图：这个方法中，服务器在它的第一个信息中，发送了 RSA加密/解密公钥证书。不过，因 为预备主秘密是由客户端在下一个阶段生成并发送的，所以第二个信息是空的。注意，公钥 证书会进行从服务器到客户端的验证。当服务器收到预备主秘密时，它使用私钥进行解密。 服务端拥有私钥是一个证据，可以证明服务器是一个它在第一个信息发送的公钥证书中要求 的实体。其他的几种密钥交换算法这里就不介绍了。可以参考Behrouz著的密码学与网络安 全。客户机鉴别与密钥交换：客户机启动SSL握手第3阶段，是本阶段所有消息的唯一发送方，服务器是所有消息的 唯一接收方。该阶段分为3步：(a) 证书(可选)：为了对服务器证明自身，客户要发送一个证书信息，这是可选的, 在 IIS 中可以配置强制客户端证书认证。(b) 客户机密钥交换(Pre-master-secret)：这里客户端将预备主密钥发送给服务

8、端, 注意这里会使用服务端的公钥进行加密。(c) 证书验证(可选)，对预备秘密和随机数进行签名，证明拥有(a)证书的公钥。下面也重点介绍一下RSA方式的客户端验证和密钥交换。这种情况，除非服务器在阶段II明确请求，否则没有证书信息。客户端密钥交换方法 包括阶段II收到的由RSA公钥加密的预备主密钥。阶段II I之后，客户要有服务器进行验证，客户和服务器都知道预备主密钥。完成客户机启动SSL握手第4阶段，使服务器结束。该阶段分为4步，前2个消息来自客户机, 后2个消息来自服务器。密钥生成的过程这样握手协议完成，下面看下什么是预备主密钥，主密钥是怎么生成的。为了保证信息 的完整性和机密性，SSL需要有六个加密秘密：四个密钥和两个IV.为了信息的可信性，客 户端需要一个密钥（HMAC），为了加密要有一个密钥，为了分组加密要一个IV，服务也是如 此。SSL需要的密钥是单向的，不同于那些在其他方向的密钥。如果在一个方向上有攻击， 这种攻击在其他方向是没影响的。生成过程如下：2、记录协议记录协议在客户机和服务器握手成功后使用，即客户机和服务器鉴别对方和确定安全信 息交换使用的算法后，进入SSL记录协议，记录协议向SSL连接提供两个服务：（1）保密性：使用握手协议定义的秘密密钥实现（2）完整性：握手协议定义了 MAC，用于保证消息完整性记录协议的过程：3、警报协议客户机和服务器发现错误时，向对方发送一个警报消息。如果是致命错误，则算法立即 关闭SSL连接，双方还会先删除相关的会话号，秘密和密钥。每个警报消息共2个字节，第1 个字节表示错误类型，如果是警报，则值为1，如果是致命错误，则值为2；第2个字节制定 实际错误类型。

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