SSL/TLS协议

1 协议历史

• 1994年Netscape开发了SSL(Secure Socket Layer)安全套接层协议，专门用于保护Web通讯
• 版本和历史
  • 1.0，不成熟
  • 2.0，基本上解决了Web通讯的安全问题Microsoft公司发布了PCT(Private Communication Technology)，并在IE中支持
  • 3.0，1996年发布，增加了一些算法，修改了一些缺陷
  • TLS 1.0(Transport Layer Security传输层安全协议, 也被称为SSL 3.1)，1997年IETF发布了Draft，同时，Microsoft宣布放弃PCT，与Netscape一起支持TLS 1.0
  • 1999年，发布RFC 2246(The TLS Protocol v1.0)

2 协议的目标

目标：

​ SSL被设计用来使用TCP提供一个可靠的端到端安全服务，为两个通讯个体之间提供保密性和完整性(身份鉴别)

3 SSL体系结构

协议分为两层

• 底层：SSL记录协议

• 上层：SSL握手协议、SSL改变加密规格协议、SSL报警协议

4 两个主要的协议

• SSL记录协议
  • 建立在可靠的传输协议(如TCP)之上
  • 它提供连接安全性，有两个特点
    • 保密性，使用了对称加密算法
    • 完整性，使用HMAC算法
  • 用来封装高层的协议
• SSL握手协议
  • 客户和服务器之间相互鉴别
  • 协商加密算法和密钥
  • 它提供连接安全性，有三个特点身份
    • 鉴别，至少对一方实现鉴别，也可以是双向鉴别
    • 协商得到的共享密钥是安全的，中间人不能够知道
    • 协商过程是可靠的

5 SSL的两个重要概念

• SSL连接（connection)
  • 一个连接是一个提供一种合适类型服务的传输（OSI 分层的定义）。
  • SSL的连接是点对点的关系。
  • 连接是暂时的，每一个连接和一个会话关联。
• SSL会话（session）
  • 一个SSL会话是在客户与服务器之间的一个关联。会话由Handshake Protocol创建。会话定义了一组可供多个连接共享的密码安全参数。
  • 会话用以避免为每一个连接提供新的安全参数所需昂贵的协商代价。

6 会话状态参数

• Session identifier: 会话标识，服务器选择的一个任意字节序列， 用以标识一个活动的或可激活的会话状态。
• Peer Certificate: 对等证书，标识服务器的X.509.v3证书。可为空。
• Compression method: 压缩方法，加密前进行数据压缩的算法。
• Cipher spec: 加密规格，指明数据体加密的算法（无，或DES等） 以及散列算法（如MD5或SHA-1）用以计算MAC。还包括其它参数，如散列长度。
• Master secret:主密钥， 48位秘钥，在client与server之间共享。
• Is resumable:可恢复标志，一个标志，指明该会话是否能用于产生 一个新连接。

7 连接状态参数

• Server and client random:服务器与客户机随机数， server 和 client 为每一个连接所选择的字节序号。
• Server write MAC secret:服务器写MAC密钥， 一个密钥，用来对server 送出的数据进行MAC操作。
• Client write MAC secret:客户机写MAC密钥， 一个密钥，用来对client送出的数据进行MAC操作。
• Server write key: 服务器写密钥，用于server 进行数据加密，client进行数据解密的对 称保密密钥；
• Client write key:客户机写密钥，用于client 进行数据加密，server进行数据解密的对 称保密密钥；
• Initialization vectors: 初始化向量，当数据加密采用CBC方式时，每一个密钥保持 一个IV。该字段首先由SSL Handshake Protocol，以后保留每次最后 的密文数据块作为IV。
• Sequence number: 序号，每一方为每一个连接的数据发送与接收维护单独的顺序号。当一方发送或接收一个改变的cipher spec message时，序号置为0, 最大264-1。

8 SSL Record Protocol

• SSL Record Protocol为SSL连接提供两种服务
  • 保密性。Handshake Protocol定义一个共享的保密密钥用于对SSL有效载荷加密。
  • 消息完整性。Handshake Protocol定义一个共享的保密密钥用于形成MAC。

9 SSL记录协议中的操作

• 第一步，fragmentation

  • 上层消息的数据被分片成214(16384)字节大小的块，或者更小

• 第二步，compression(可选)

  • 必须是无损压缩，如果数据增加的话，则增加部分的长度不超过1024字节

• 第三步，MAC 计算：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

• 第四步, 加密, 可供选择的加密算法[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

  • 采用CBC模式，算法由cipher spec指定
  • 数据长度不超过214+2048字节

10 SSL握手协议使用的消息

11 SSL握手协议的流程

(1)建立起安全协商：

​ 交换Hello消息，包括协议版本、会话ID、密码套件、压缩算法、初始随机数等；

(2)服务器鉴别和密钥交换：

​ 服务器发送证书，交换密钥并请求证书；然后发送信号结束hello消息阶段；

(3)客户鉴别和密钥交换：

​ 如果服务器请求了证书，则客户发送证书。密户发送密钥交换，客户可以发送证书验证结果 ；

(4)结束：

​ 交换密码套件并结束握手协议