ssl握手过程详解-免费SSL证书网
随着百度启用https,ssl进入了大家的视野，越来越多的站长开始关注ssl以及实施ssl应用，SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全(Transport Layer Security，TLS)是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。https是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，https的安全基础是SSL，因此加密的详细内容请看SSL。那么ssl的握手过程是怎么样的呢?本文详解ssl握手过程。
SSL消息按如下顺序发送：
1.Client Hello
客户发送服务器信息，包括它所支持的密码组。密码组中有密码算法和钥匙大小;
2.Server Hello
服务器选择客户和服务器都支持的密码组到客户。
3.Certificate
服务器发送一个证书或一个证书链到客户端，一个证书链开始于服务器公共钥匙证书并结束于证明权威的根证书。这个消息是可选的，但服务器证书需要时，必须使用它。
4.Certificate request
当服务器需要鉴别客户时，它发送一个证书请求到客户端。在网络程序中，这个消息很少发送。
5.Server key exchange
服务器当发送来的公共钥匙对钥匙交换不是很充分时，发送一个服务器钥匙交换消息。
6.Server hello done
服务器告诉客户完成它的初始化流通消息。
7.Certificate
假如服务器需要一个客户证书时，客户端发送一个证书链。(只有在服务器需要客户证书时)
8.Client key exchange
客户产生用于对称算法的一个钥匙。对RSA客户用服务器公共钥匙加密这个钥匙信息并把它送到服务器。
9.Certificate verify
在网络程序中，这个消息很少发送，它主要是用来允许服务器结束对客户的鉴别处理。当用这个消息时，客户发送用密码函数的数字签名的信息到服务端，当服务端用公共钥匙解密这个消息时，服务器能够鉴别客户。
10.Change cipher spec
客户发送一个消息告诉服务器改变加密模式。
11.Finished
客户告诉服务器它已准备安全数据通信。
12.Change cipher spec
服务器发送一个消息到客户端并告诉客户修改加密模式。
13.Finished
服务器告诉客户端它已准备好安全数据通信。这是client-server握手协议最后一步。
14.Encrypted data
客户同服务器用对称加密算法和密码函数，并用客户发送到服务器的秘密钥匙加密通信。
SSL握手过程： 摘录自《SSL与TLS》
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。
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。
第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：
第1步对应一条单一的握手消息，ClientHello.
第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。
第3步对应ClientKeyExchange消息。
第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。
SSL记录协议：
在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：
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。
2. SSL记录类型：
SSL支持四种内容类型：application_data、alert、handshake和change_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。
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：
单向认证：客户端向服务器发送消息，服务器接到消息后，用服务器端的密钥库中的私钥对数据进行加密，然后把加密后的数据和服务器端的公钥一起发送到 客户端，客户端用服务器发送来的公钥对数据解密，然后在用传到客户端的服务器公钥对数据加密传给服务器端，服务器用私钥对数据进行解密，这就完成了客户端 和服务器之间通信的安全问题，但是单向认证没有验证客户端的合法性。
双向认证：
(1)客户端向服务器发送消息，首先把消息用客户端证书加密然后连同时把客户端证书一起发送到服务器端
(2)服务器接到消息后用首先用客户端证书把消息解密，然后用服务器私钥把消息加密，把服务器证书和消息一起发送到客户端
(3)客户端用发来的服务器证书对消息进行解密，然后用服务器的证书对消息加密，然后在用客户端的证书对消息在进行一次加密，连同加密消息和客户端证书一起发送到服务器端，
(4)到服务器端首先用客户端传来的证书对消息进行解密，确保消息是这个客户发来的，然后用服务器端的私钥对消息在进行解密这个便得到了明文数据。
SSL协议的工作流程：
服务器认证阶段：1)客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接;2)服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息;3)客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器;4)服务器恢复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。
用户认证阶段：在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回(数字)签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。
从SSL 协议所提供的服务及其工作流程可以看出，SSL协 议运行的基础是商家对消费者信息保密的承诺，这就有利于商家而不利于消费者。在电子商务初级阶段，由于运作电子商务的企业大多是信誉较高的大公司，因此这 问题还没有充分暴露出来。但随着电子商务的发展，各中小型公司也参与进来，这样在电子支付过程中的单一认证问题就越来越突出。虽然在SSL3.0中通过数字签名和数字证书可实现浏览器和Web服务器双方的身份验证，但是SSL协议仍存在一些问题，比如，只能提供交易中客户与服务器间的双方认证，在涉及多方的电子交易中，SSL协议并不能协调各方间的安全传输和信任关系。在这种情况下，Visa和 MasterCard两大信用卡公组织制定了SET协议，为网上信用卡支付提供了全球性的标准。
SSL协议的握手过程
为了便于更好的认识和理解 SSL 协议，这里着重介绍 SSL 协议的握手协议。SSL 协议既用到了公钥加密技术(非对称加密)又用到了对称加密技术，SSL对传输内容的加密是采用的对称加密，然后对对称加密的密钥使用公钥进行非对称加密。这样做的好处是，对称加密技术比公钥加密技术的速度快，可用来加密较大的传输内容， 公钥加密技术相对较慢，提供了更好的身份认证技术，可用来加密对称加密过程使用的密钥。
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证(在握手过程中为可选)，用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名，将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的“预主密码”一起传给服务器。
⑥如果服务器要求客户的身份认证，服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性，具体的合法性验证过程包括：客户的证书使用日期是否有效，为客户提供证书的CA 是否可靠，发行CA 的公钥能否正确解开客户证书的发行 CA 的数字签名，检查客户的证书是否在证书废止列表(CRL)中。检验如果没有通过，通讯立刻中断;如果验证通过，服务器将用自己的私钥解开加密的“预主密码 ”，然后执行一系列步骤来产生主通讯密码(客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码)。
⑦服务器和客户端用相同的主密码即“通话密码”，一个对称密钥用于 SSL 协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在 SSL 通讯过程中还要完成数据通讯的完整性，防止数据通讯中的任何变化。
⑧客户端向服务器端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知服务器客户端的握手过程结束。
⑨服务器向客户端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥，同时通知客户端服务器端的握手过程结束。
⑩SSL 的握手部分结束，SSL 安全通道的数据通讯开始，客户和服务器开始使用相同的对称密钥进行数据通讯，同时进行通讯完整性的检验。
双向认证 SSL 协议的具体过程
① 浏览器发送一个连接请求给安全服务器。
② 服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。
③ 客户浏览器检查服务器送过来的证书是否是由自己信赖的 CA 中心所签发的。如果是，就继续执行协议;如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的，询问客户是否需要继续。
④ 接着客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。
⑤ 服务器要求客户发送客户自己的证书。收到后，服务器验证客户的证书，如果没有通过验证，拒绝连接;如果通过验证，服务器获得用户的公钥。
⑥ 客户浏览器告诉服务器自己所能够支持的通讯对称密码方案。
⑦ 服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种加密程度最高的密码方案，用客户的公钥加过密后通知浏览器。
⑧ 浏览器针对这个密码方案，选择一个通话密钥，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。
⑨ 服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得通话密钥。
⑩ 服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，对称密钥是加过密的。
上面所述的是双向认证 SSL 协议的具体通讯过程，这种情况要求服务器和用户双方都有证书。单向认证 SSL 协议不需要客户拥有 CA 证书，具体的过程相对于上面的步骤，只需将服务器端验证客户证书的过程去掉，以及在协商对称密码方案，对称通话密钥时，服务器发送给客户的是没有加过密的(这并不影响 SSL 过程的安全性)密 码方案。这样，双方具体的通讯内容，就是加过密的数据，如果有第三方攻击，获得的只是加密的数据，第三方要获得有用的信息，就需要对加密的数据进行解密， 这时候的安全就依赖于密码方案的安全。而幸运的是，目前所用的密码方案，只要通讯密钥长度足够的长，就足够的安全。这也是我们强调要求使用 128 位加密通讯的原因。
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