SSL/TLS协议运行机制的概述

简介: 原文地址:http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html互联网的通信安全,建立在SSL/TLS协议之上。本文简要介绍SSL/TLS协议的运行机制。

原文地址:http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html

互联网的通信安全,建立在SSL/TLS协议之上。

本文简要介绍SSL/TLS协议的运行机制。文章的重点是设计思想和运行过程,不涉及具体的实现细节。如果想了解这方面的内容,请参阅RFC文档

一、作用

不使用SSL/TLS的HTTP通信,就是不加密的通信。所有信息明文传播,带来了三大风险。

(1) 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。

(2) 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容。

(3) 冒充风险(pretending):第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的,希望达到:

(1) 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听。

(2) 具有校验机制,一旦被篡改,通信双方会立刻发现。

(3) 配备身份证书,防止身份被冒充。

互联网是开放环境,通信双方都是未知身份,这为协议的设计带来了很大的难度。而且,协议还必须能够经受所有匪夷所思的攻击,这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。

二、历史

互联网加密通信协议的历史,几乎与互联网一样长。

1994年,NetScape公司设计了SSL协议(Secure Sockets Layer)的1.0版,但是未发布。

1995年,NetScape公司发布SSL 2.0版,很快发现有严重漏洞。

1996年,SSL 3.0版问世,得到大规模应用。

1999年,互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了SSL的升级版TLS 1.0版。

2006年和2008年,TLS进行了两次升级,分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的修订版

目前,应用最广泛的是TLS 1.0,接下来是SSL 3.0。但是,主流浏览器都已经实现了TLS 1.2的支持。

TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1,TLS 1.1为SSL 3.2,TLS 1.2为SSL 3.3。

三、基本的运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法,也就是说,客户端先向服务器端索要公钥,然后用公钥加密信息,服务器收到密文后,用自己的私钥解密。

但是,这里有两个问题。

(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。

因此,SSL/TLS协议的基本过程是这样的:

(1) 客户端向服务器端索要并验证公钥。

(2) 双方协商生成"对话密钥"。

(3) 双方采用"对话密钥"进行加密通信。

上面过程的前两步,又称为"握手阶段"(handshake)。

四、握手阶段的详细过程

"握手阶段"涉及四次通信,我们一个个来看。需要注意的是,"握手阶段"的所有通信都是明文的。

4.1 客户端发出请求(ClientHello)

首先,客户端(通常是浏览器)先向服务器发出加密通信的请求,这被叫做ClientHello请求。

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TLS 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RSA公钥加密。

(4) 支持的压缩方法。

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原因。

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。

4.2 服务器回应(SeverHello)

服务器收到客户端请求后,向客户端发出回应,这叫做SeverHello。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TLS 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RSA公钥加密。

(4) 服务器证书。

除了上面这些信息,如果服务器需要确认客户端的身份,就会再包含一项请求,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。

4.3 客户端回应

客户端收到服务器回应以后,首先验证服务器证书。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hash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,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"。

至于为什么一定要用三个随机数,来生成"会话密钥",dog250解释得很好:

"不管是客户端还是服务器,都需要随机数,这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的,因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。

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的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数,如果随机数不随机,那么pre master secret就有可能被猜出来,那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了,因此必须引入新的随机因素,那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了,一个伪随机可能完全不随机,可是是三个伪随机就十分接近随机了,每增加一个自由度,随机性增加的可不是一。"

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。

4.4 服务器的最后回应

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,向客户端最后发送下面信息。

(1)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。

(2)服务器握手结束通知,表示服务器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hash值,用来供客户端校验。

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,就完全是使用普通的HTTP协议,只不过用"会话密钥"加密内容。

五、参考链接

目录
相关文章
|
1月前
|
安全 算法 网络安全
SSL/TLS协议如何确保HTTP通信的安全
通过这些机制和过程,SSL/TLS对HTTP通信提供了强大的保护,确保数据不被未授权的第三方访问或篡改,这对维护数据隐私和网络安全至关重要。随着互联网技术的不断进步,SSL/TLS协议本身也在不断更新和升级,以对抗新出现的威胁和满足现代网络的要求。
108 10
|
3月前
|
安全 应用服务中间件 网络安全
在Linux环境部署Flask应用并启用SSL/TLS安全协议
至此,你的Flask应用应该能够通过安全的HTTPS协议提供服务了。记得定期更新SSL证书,Certbot可以帮你自动更新证书。可以设定cronjob以实现这一点。
212 10
|
8月前
|
安全 算法 网络协议
解析:HTTPS通过SSL/TLS证书加密的原理与逻辑
HTTPS通过SSL/TLS证书加密,结合对称与非对称加密及数字证书验证实现安全通信。首先,服务器发送含公钥的数字证书,客户端验证其合法性后生成随机数并用公钥加密发送给服务器,双方据此生成相同的对称密钥。后续通信使用对称加密确保高效性和安全性。同时,数字证书验证服务器身份,防止中间人攻击;哈希算法和数字签名确保数据完整性,防止篡改。整个流程保障了身份认证、数据加密和完整性保护。
|
4月前
|
安全 应用服务中间件 网络安全
Nginx SSL/TLS协议栈中配置深度解析与实践指南-优雅草卓伊凡
Nginx SSL/TLS协议栈中配置深度解析与实践指南-优雅草卓伊凡
262 0
Nginx SSL/TLS协议栈中配置深度解析与实践指南-优雅草卓伊凡
|
6月前
|
安全 网络安全 数据安全/隐私保护
HTTP 与 HTTPS 协议及 SSL 证书解析-http和https到底有什么区别?-优雅草卓伊凡
HTTP 与 HTTPS 协议及 SSL 证书解析-http和https到底有什么区别?-优雅草卓伊凡
302 3
|
7月前
|
安全 算法 网络安全
SSL/TLS:构建数字世界的加密长城
**协议演进:从网景实验室到全球标准** 1994年,网景公司推出SSL协议,首次实现40位密钥加密传输,开启网络安全新纪元。此后,SSL 3.0、TLS 1.0相继问世,至2018年TLS 1.3将握手速度提升60%,强制前向加密确保历史会话安全。TLS协议通过非对称加密、对称加密和证书信任链等多层架构保障通信安全。2014年POODLE漏洞促使全行业禁用SSL 3.0,催生防降级机制。
|
8月前
|
安全 算法 物联网
SSL/TLS:互联网通信的加密基石与安全实践
**简介:** 在数字化时代,互联网每天传输海量敏感数据,网络攻击频发。SSL/TLS协议作为网络安全的基石,通过加密技术确保数据安全传输。本文解析SSL/TLS的技术架构、密码学原理、应用场景及常见误区,探讨其在未来的发展趋势,强调持续演进以应对新型威胁的重要性。 SSL/TLS不仅保障Web安全,还广泛应用于API、邮件、物联网等领域,并遵循合规标准如PCI DSS和GDPR。
|
4月前
|
安全 数据建模 应用服务中间件
阿里云SSL证书价格、证书类型及免费版证书申请和证书部署教程参考
阿里云SSL证书有收费版也有免费版,收费版DV域名级SSL类型405元起,免费版证书为DV域名级SSL类型,每个实名个人和企业主体在一个自然年内可以一次性领取20张免费证书。本文为大家详细介绍阿里云SSL证书价格情况,包括不同域名类型、证书类型、证书等级和证书品牌的相关收费标准,以及免费版证书的申请和部署教程参考。
|
7月前
|
算法 应用服务中间件 网络安全
阿里云WoSign“国密RSA双SSL证书”应用实践
阿里云WoSign品牌SSL证书是阿里云平台热销的国产品牌证书之一,支持签发国密合规的SM2算法SSL证书以及全球信任的RSA算法SSL证书,能够满足平台用户不同的SSL证书应用需求,同时为用户提供国密模块支持,实现“国密/RSA双证书部署”。
660 6
阿里云WoSign“国密RSA双SSL证书”应用实践
|
7月前
|
算法 安全 应用服务中间件
2025阿里云智惠采购季,WoSign SSL国产证书折上折满减优惠
**2025阿里云“智慧采购季,就上阿里云”活动火热进行中!** 3月1日至31日,阿里云WoSign品牌SSL证书新老用户同享折上折满减优惠。DV SSL证书低至220元/年起,轻松实现HTTPS加密,保障数据传输安全。领取“智惠采购季上云礼包”,先领券再下单,享受满减优惠。WoSign品牌SSL证书国密RSA双算法支持,确保广泛兼容与可靠部署。
824 2
2025阿里云智惠采购季,WoSign SSL国产证书折上折满减优惠