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【SSL/TLS】TLS Stack and HandShake detail

时间:10-09-02 栏目:系统技术篇 作者:鲁智森也有文化 评论:3 点击: 3,316 次

 TLS Stack and something detail info about HandShake process

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

一、SSL握手有三个目的:

1. 客户端与服务器需要就一组用于保护数据的算法达成一致

2. 它们需要确立一组由那些算法所使用的加密密钥

3. 握手还可以选择对客户端进行认证

二、SSL握手过程:

1. 客户端将它所支持的算法列表和一个用作产生密钥的随机数发送给服务器;

2. 服务器从算法列表中选择一种加密算法,并将它和一份包含服务器公用密钥的证书发送给客户端;该证书还包含了用于认证目的的服务器标识,服务器同时还提供了一个用作产生密钥的随机数

3. 客户端对服务器的证书进行验证(有关验证证书,可以参考数字签名),并抽取服务器的公用密钥;然后,再产生一个称作pre_master_secret的随机密码串,并使用服务器的公用密钥对其进行加密(参考非对称加/解密),并将加密后的信息发送给服务器;

4. 客户端与服务器端根据pre_master_secret以及客户端与服务器的随机数值独立计算出加密和MAC密钥(参考DH密钥交换算法)

5. 客户端将所有握手消息的MAC值发送给服务器;

6. 服务器将所有握手消息的MAC值发送给客户端。

 

 

    5与第6步用以防止握手本身遭受篡改。设想一个攻击者想要控制客户端与服务器所使用的算法。客户端提供多种算法的情况相当常见,某些强度弱而某些强度强,以便能够与仅支持弱强度算法的服务器进行通信。攻击者可以删除客户端在第1步所提供的所有高强度算法,于是就迫使服务器选择一种弱强度的算法。第5步与第6步的MAC交换就能阻止这种攻击,因为客户端的MAC是根据原始消息计算得出的,而服务器的MAC是根据攻击者修改过的消息计算得出的,这样经过检查就会发现不匹配。由于客户端与服务器所提供的随机数为密钥产生过程的输入,所以握手不会受到重放攻击的影响。这些消息是首个在新的加密算法与密钥下加密的消息。

    刚才所描述的每一步都需要通过一条或多条握手消息来实现。在此先简要地描述哪些消息与哪几步相对应,然后详细描述每条消息的内容。下图描述了各条消息:

 

 

    1步对应一条单一的握手消息,ClientHello.

    2步对应一系列SSL握手消息,服务器发送的第一条消息为ServerHello,其中包含了它所选择的算法,接着再在Certificate消息中发送其证书。最后,服务器发送ServerHelloDone消息以表示这一握手阶段的完成。需要ServerHelloDone的原因是一些更为复杂的握手变种还要在Certifacate之后发送其他一些消息。当客户端接收到ServerHelloDone消息时,它就知道不会再有其他类似的消息过来了,于是就可以继续它这一方的握手。

    3步对应ClientKeyExchange消息。

    5与第6步对应Finished消息。该消息是第一条使用刚刚磋商过的算法加以保护的消息。为了防止握手过程遭到篡改,该消息的内容是前一阶段所有握手消息的MAC值。然而,由于Finished消息是以磋商好的算法加以保护的,所以也要与新磋商的MAC密钥起计算消息本身的MAc值。

    注意,上图中省略了两条ChangeCipherSpec消息。

三、SSL记录协议:

    SSL中,实际的数据传输是使用SSL记录协议来实现的。SSL记录协议是通过将数据流分割成一系列的片段并加以传输来工作的,其中对每个片段单独进行保护和传输。在接收方,对每条记录单独进行解密和验证。这种方案使得数据一经准备好就可以从连接的一端传送到另一端,并在接收到的即刻加以处理。

    在传输片段之前,必须防止其遭到攻击。可以通过计算数据的MAC来提供完整性保护。MAC与片段一起进行传输,并由接收实现加以验证。将MAC附加到片段的尾部,并对数据与MAC整合在一起的内容进行加密,以形成经过加密的负载(Payload)。最后给负载装上头信息。头信息与经过加密的负载的连结称作记录(record),记录就是实际传输的内容。下图描述了传输过程:

 

 

 

3.1 记录头消息:

    记录头信息的工作就是为接收实现(receiving implementation)提供对记录进行解释所必需的信息。在实际应用中,它是指三种信息:内容类型、长度和SSL版本。长度字段可以让接收方知道他要从线路上这取多少字节才能对消息进行处理,版本号只是一项确保每一方使用所磋商的版本的冗余性检查。内容类型字段表示消息类型。

3.2 SSL记录类型

    SSL支持四种内容类型:application_dataalerthandshakechange_cipher_spec

使用SSL的软件发送和接收的所有数据都是以application_data类型来发送的,其他三种内容类型用于对通信进行管理,如完成握手和报告错误等。

    内容类型alert主要用于报告各种类型的错误。大多数alert(警示)用于报告握手中出现的问题,但也有一些指示在对记录试图进行解密或认证时发生的错误,alert消息的其他用途是指示连接将要关闭。

    内容类型handshake用于承载握手消息。即便是最初形成连接的握手消息也是通过记录层以handshake类型的记录来承载的。由于加密密钥还未确立,这些初始的消息并未经过加密或认证,但是其他处理过程是一样的。有可能在现有的连接上初始化一次新的握手,在这种情况下,新的握手记录就像其他的数据一样,要经过加密和认证。

    change_cipher_spec消息表示记录加密及认证的改变。一旦握手商定了一组新的密钥,就发送change_cipher_spec来指示此刻将启用新的密钥。

四、各种消息协同工作:

    正如我们所看到的,SSL是一种分层协议,它以一个记录层以及记录层上承裁的个同消息类型组成。而该记录层又会由某种可靠的传输协议如TCP来承载。下图描述了该协以的结构:

五、一次SSL连接的完整过程:

 

 

声明: 本文由( 鲁智森也有文化 )原创编译,转载请保留链接: 【SSL/TLS】TLS Stack and HandShake detail

【SSL/TLS】TLS Stack and HandShake detail:目前有3 条留言

  1. 地板
    do2jiang:

    client收到CA后 好像还有一个 verify digital sign的动作me ?

    2010-09-07 20:50 [回复]
  2. 板凳
    do2jiang:

    hash generate digest需要的key是在什么时候交换的?

    2010-09-07 20:50 [回复]
  3. 沙发
    do2jiang:

    SSL 的握手协议非常有效的让客户和服务器之间完成相互之间的身份认证,其主要过程如下:

      ①客户端的浏览器向服务器传送客户端 SSL 协议的版本号,加密算法的种类,产生的随机数,以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。

      ②服务器向客户端传送 SSL 协议的版本号,加密算法的种类,随机数以及其他相关信息,同时服务器还将向客户端传送自己的证书。

      ③客户利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性,服务器的合法性包括:证书是否过期,发行服务器证书的 CA 是否可靠,发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”,服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。如果合法性验证没有通过,通讯将断开;如果合法性验证通过,将继续进行第四步。

      ④用户端随机产生一个用于后面通讯的“对称密码”,然后用服务器的公钥(服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得)对其加密,然后将加密后的“预主密码”传给服务器。

      ⑤如果服务器要求客户的身份认

    2010-09-08 00:32 [回复]

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