最近更新时间:2021-06-25 15:25:32
SSL/TLS 是一个介于应用层(HTTP 协议)与传输层(TCP 协议)之间的一个可选协议,其协议架构可参照下图:
当HTTP通信不使用 SSL/TLS 时,所有信息均以明文形式传播,会有以下风险:
SSL/TLS 协议可以解决这些通信风险,协议设计的目标为:
目前,主流浏览器都已经支持了 SSL/TLS 的支持。
SSL/TLS 协议的基本思路是采用公钥加密的方法。即客户端先向服务器端索要公钥,然后使用公钥加密信息并发送至服务器端;服务器收到密文后,用自己的私钥解密。
这里需要解决两个问题:
1)如何保证公钥不被篡改?
解决方法:将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的,公钥就是可信的。
2)公钥加密计算量太大,如何减少耗用的时间?
解决方法:每一次对话(session),客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"(session key),用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密,所以运算速度非常快,而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身,这样就减少了加密运算的消耗时间。
SSL/TLS协议的基本过程是这样的:
上面过程的前两步,又称为"握手阶段"(handshake)。
客户端(通常是浏览器)先向服务器发出加密通信的请求,通常被称为ClientHello请求。
在这一步,客户端主要向服务器提供以下信息。
这里需要注意的是,客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说,理论上服务器只能包含一个网站,否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的。
对于虚拟主机的用户来说,这当然很不方便。2006年,TLS 协议加入了一个 Server Name Indication 扩展,允许客户端向服务器提供它所请求的域名。
服务器收到客户端请求后,向客户端发出回应,通常被称为SeverHello。服务器的回应包含以下内容:
除了以上信息,若服务器需要确认客户端的身份,则会再包含一项请求,要求客户端提供"客户端证书"。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 USB 密钥,里面就包含了一张客户端证书。
客户端收到服务器回应以后会首先验证服务器证书。如果证书不是由可信机构颁布、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,客户端就会从证书中取出服务器的公钥并向服务器发送以下信息:
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,又称 “pre-master key”。有了它以后,客户端和服务器就同时有了三个随机数,接着双方就用事先商定的加密方法,各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。
对于RSA密钥交换算法来说,pre-master-key 本身就是一个随机数,再加上 hello 消息中的随机,三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。
pre-master 的存在原因是 SSL 协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数。客户端和服务器加上 pre-master 三个随机数一同生成的密钥不容易被猜出了。因为一个伪随机可能完全不随机,可是三个伪随机则十分接近随机。
此外,如果前一步,服务器要求客户端证书,客户端会在这一步发送证书及相关信息。
服务器收到客户端的第三个随机数 pre-master-key 之后,计算生成本次会话所用的"会话密钥"。然后,向客户端最后发送如下信息:
至此,整个握手阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进入加密通信,完全是使用 HTTP 协议,只不过用"会话密钥"加密内容。
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