【TLS】-TLS/SSL筆記

目錄

前言

主要是自己學習SSL流程時的輔助理解筆記。
包括數字證書前面為什麼值得信任。

  • 注意：多級CA還沒有時間去記錄，可能後期遇到再補。

參考：

李柱明部落格：//www.cnblogs.com/lizhuming/p/15487016.html

概念

理解為主，非官方描述。

對稱加密

對稱加密：

  • 明文 P，加上密碼 W 一混淆之後，變成密文 M。

  • 如果不知道 W，則無法從 M 反推回 P。

  • 例子：

    • 異或。密鑰與明文異或得到密文。異或的特點使得，密文與密鑰進行異或，可以還原密文。

非對稱加密

非對稱加密：

  • 非對稱加密使用的密碼有一對：

    • 一個稱為公鑰 Pub
    • 一個稱為私鑰 Priv

  • 明文 P，經過公鑰 Pub 加密後，變成密文 M。

  • 密文 M 只有私鑰 Priv 能解開。

  • 若是結果私鑰 priv 加密，就只由公鑰 pub 能解開。

公鑰

公鑰：公鑰，就是可以公開出去可以供所有人使用的密鑰。
私鑰：私鑰，需要保護好。
密碼：密碼，需要保護好。

單向加密

單向加密：

  • 無法反推的加密。
  • 如 hash。常用於比較明文是否被篡改。

數字簽名

知道公鑰和私鑰後。

基礎

作用

SSL/TLS 協議是為了解決這三大風險而設計：

  • 所有資訊都是加密傳播，第三方無法竊聽。
  • 具有校驗機制，一旦被篡改，通訊雙方會立刻發現。
  • 配備身份證書，防止身份被冒充。

SSL/TLS 模型

運作

SSL/TLS 協議的基本思路是採用 公鑰加密法。
公鑰加密法：即是客戶端先向伺服器端索要公鑰，然後用公鑰加密資訊，伺服器收到密文後，用自己的私鑰解密。

問題&解答

  1. 如何保證公鑰不被篡改？

    • 解決：將公鑰放在數字證書中。只要證書是可信的，公鑰就是可信的。

  2. 公鑰加密計算量太大，如何減少耗用的時間？

    • 解決：每一次對話（session），客戶端和伺服器端都生成一個”對話密鑰”（session key），用它來加密資訊。由於”對話密鑰”是對稱加密，所以運算速度非常快，而伺服器公鑰只用於加密”對話密鑰”本身，這樣就減少了加密運算的消耗時間。

  3. 數字證書驗證原理：

    • 在握手階段，服務端會把服務端的公鑰放到 CA 頒發的數字證書中。
    • CA 頒發數字證書，會給數字證書籤名。
    • 簽名就是把數字證書經過 hash 演算法得出 hash 值，然後用 CA 機構的私鑰給該 hash 值加密，這個加密值就是簽名。
    • 服務端把數字證書、 CA 機構的簽名和哪一個 CA 機構發送到客戶端。
    • 客戶端在自己信任的 CA 列表中找到和服務端發過來的 CA 機構，說明客戶端信任該機構。
    • 然後客戶端把數字證書結果相同的 hash 演算法得出 hash 值，且使用該 CA 機構的公鑰對服務端發來的簽名進行解密，若兩值相等，則說明證書可靠。
    • 數字證書籤名和驗證如下圖：

  4. SSL 過程中數字證書內容：

    1. 內容本端公鑰。
    2. 證書所有者。
    3. 證書的發布機構。
    4. 證書的有效期。
    5. 等等。

基本過程

  1. 客戶端向伺服器端索要並驗證公鑰。
  2. 雙方協商生成”對話密鑰”。
  3. 雙方採用”對話密鑰”進行加密通訊。

前兩步稱為 握手階段 （handshake）。

握手階段

握手階段涉及四次通訊。

  • 客戶端發出請求（ClientHello）
  • 伺服器回應（SeverHello）
  • 客戶端回應
  • 伺服器的最後回應

握手階段都是明文通訊。

客戶端發出請求（ClientHello）

客戶端先向伺服器發出加密通訊的請求，主要向伺服器提供以下資訊：

  1. 支援的協議版本。
  2. 一個客戶端生成的隨機數，稍後用於生成”對話密鑰”。
  3. 支援的加密方法，比如 RSA 公鑰加密。
  4. 支援的壓縮方法。

伺服器回應（SeverHello）

伺服器收到客戶端請求後，向客戶端發出回應，伺服器的回應包含以下內容：

  1. 確認使用的加密通訊協議版本。
  2. 一個伺服器生成的隨機數，稍後用於生成”對話密鑰”。
  3. 確認使用的加密方法，比如 RSA 公鑰加密。
  4. 伺服器證書。
  5. 要求客戶端提供客戶端證書。（這個取決於伺服器是否需要確認客戶端的身份）

客戶端回應

客戶端收到伺服器回應以後，首先驗證伺服器證書：

  • 證書是否可信機構頒布；
  • 證書中的域名與實際域名是否一致；
  • 證書是否已經過期。

若證書有問題，可以停止握手操作。

若證書沒問題，客戶端就會從證書中取出伺服器的公鑰。

然後，向伺服器發送下面三項資訊：

  1. 一個隨機數（pre-master key）。該隨機數用伺服器公鑰加密，防止被竊聽。
  2. 編碼改變通知，表示隨後的資訊都將用雙方商定的加密方法和密鑰發送。
  3. 客戶端握手結束通知，表示客戶端的握手階段已經結束。這一項同時也是前面發送的所有內容的 hash 值，用來供伺服器校驗。
  4. 如果伺服器要求客戶端提供證書，客戶端發送證書及相關資訊。

小筆記：

  • 握手階段產生三個隨機數。保證生成的密鑰不會每次都一樣。
  • 三個隨機數通過一個密鑰導出器最終導出一個對稱密鑰。
  • 三個隨機數是因為雙方都不能保證對方的隨機數是真的隨機，所以自己也產生一個隨機數，這樣就不能被猜出來。

伺服器的最後回應

伺服器收到客戶端的第三個隨機數 pre-master key 之後，計算生成本次會話所用的”會話密鑰”。然後向客戶端發送以下資訊：

  1. 編碼改變通知，表示隨後的資訊都將用雙方商定的加密方法和密鑰發送。

  2. 伺服器握手結束通知，表示伺服器的握手階段已經結束。

    • 這一項同時也是前面發送的所有內容的 hash 值，用來供客戶端校驗。

握手結束後就可以繼續 http 協議繼續通訊了。只不過是加密會話而已。

  • ssl 作用在應用層與傳輸層之間，它並不曉得應用層的東西。不必理會 url、header、body，應用層傳傳下來的數據到達傳輸層前，只需要把整個數據包都加密就完事了。

HTTPS 流程圖參考

  • 簡版

  • 目前主流的 TLS 的握手過程

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