如题所述
第1个回答 2022-06-22
一、学习思路
二、HTTPS 协议层次
SSL和TLS为数据安全通信提供支持。
三、HTTPS设计思路
1、服务器生成公钥对A,把公钥和其他信息info发送给CA机构,申请证书;
2、CA机构,有一套自己的公钥对S,CA机构将info生成数字摘要,并使用S私钥对摘要进行加密,CA机构在操作系统系统有有一套证书,保存的是S公钥;
3、CA机构将info和加密后的数字摘要生成证书发送给服务器;
4、服务器进行https通信时,先发送证书;
5.6.7、客户端收到证书后,首先验证证书合法性,获取OS内部受信任的CA证书,使用OS公钥对证书摘要进行解密出hash值,再使用相同的hash算法对证书内容进行hash计算,比较两个hash值是否一致,一致则认为证书合法;
8、客户端验证证书合法后,client生成对称秘钥对,并使用公钥A将秘钥对加密,发送给服务器,之后的交互数据,则使用对称秘钥加密。(实际过程并未如此)
由此可见,整个HTTPS过程涉及到两对公钥对,一是用户加密数据通信的对称秘钥,放在数字证书中;二是CA机构的公钥对,放在OS内,用于验证证书是否合法
四、TLS握手
整个交互过程可以分为三个阶段:tcp握手,tls握手(明文或者密文),tls数据交互(密文)
tls握手用于验证双方及协商通信的加密秘钥。
一般的,tls握手过程是明文交互的,也可以使用RSA对称加密,双方协商一致就可以。
有三种情况的握手:
a、只验证服务器的SSL握手过程
b、验证服务器和客户端的SSL握手过程
c、恢复原有会话的SSL握手过程
下图展示了“a、只验证服务器的SSL握手过程”
注意,第4阶段,server key exchange是可选的,作为证书的补充
下列场景才会有server key exchange
协商采用了RSA加密,但服务器端的证书没有提供RSA公钥
协商采用了DH加密,但服务器端的证书没有提供DH参数
协商采用了fortezza_kea加密,但是服务端的证书没有提供参数
4.1、TLS会话缓存机制
为了加快建立握手的速度,减少协议带来的性能降低和资源消耗,TLS协议有两类会话缓存机制:
会话标识session ID和会话记录session ticket.
client -> server: clienthello(session id)
server -> client: serverhello, change cipher spec, encrypted handshake message
client -> server: change cipherspec, encrypted handshake message
客户端再次和服务器建立连接,则在client中session
ID中携带记录的信息,发送给服务器。
服务器根据session ID检索缓存记录,如果没有检索到,则按正常的握手进行;
如果检索到,则返回change_cipher_spec与encrypted_handshake_message;
如果客户端能够验证通过服务器加密数据,则客户端同样发送change_cipher_spec与encrypted_handshake_message信息;
服务器验证数据通过,则握手建立成功,开始进行正常的加密数据通信;
4.2、客户端重连
客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信;
客户端需要更新秘钥,主动发出client_hello信息;
服务器识别重建连接请求后,发送server_hello信息;
客户端和服务器开始新的重建连接过程;
4.3、服务器重连
客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信;
客户端访问受保护的信息;
服务端返回hello_request信息;
客户端收到hello_request信息之后发送client_hello信息,开始重新建立连接;
五、证书
5.1、证书结构
版本:标识证书的版本(1,2和3)
序列号:标识证书的唯一标识符
签名算法:本证书所用签名算法
颁发者:证书颁发者的可识别名
使用者:证书拥有者的可识别名
公钥:证书发布的公钥
CRL:证书吊销列表,包含CA已经吊销的证书序列号及其吊销日期
证书策略:
使用者秘钥标识符
颁发机构秘钥标识符:用于证书链的验证
证书吊销列表(CRL)与证书状态在线查询协议(OCSP)
一般CA都只是每隔一定时间(几天或者几个月)才发布新的吊销列表,所以CRL不能及时反映证书状态。
而OCSP就能满足实时在线查询证书状态的要求。OCSP服务器会返回证书的三个状态:正常、吊销和未知。
在颁发机构信息访问提供了OCSP服务器地址
浏览器在访问https网站是,先检查此证书是否已经被吊销,如果证书已经被吊销,则会显示警告信息: “此组织的证书已被吊销。安全证书问题可能显示试图欺骗您或截获您向服务器发送的数据。建议关闭此网页,并且不要继续浏览该网站。 ”
5.2、信任链
CA组织结构是一个树结构,一个root CA下面有多个mid CA,而mid CA又可以包含多个mid CA。
root CA和mid CA都可以颁发证书给用户,颁发的分别是root证书和中间证书,最终用户用来认证公钥的证书被称为end-user证书。
如果end-user证书是mid CA颁发的,那么握手阶段,需要把中间证书也一并发给客户端。
证书链验证过程:
六、秘钥协商过程
在TLS握手阶段确定了双方使用的密码学套件。
(秘钥协商、证书验证、数据加密是三个独立的过程)
举例:
TLS_ DHE_RSA _WITH_ AES_256_CBC_SHA
DHE_RSA :表示握手过程中使用的非对称加密算法(秘钥交换用的是DHE, 证书用的RSA),如果WITH只有一个,那么表示交换信息和证书用的是同一个算法
(可选的主要的密钥交换算法包括:RSA, DH, ECDH, ECDHE。可选的主要的证书算法包括:RSA, DSA, ECDSA。两者可以独立选择,并不冲突)
AES_256_CBC_SHA :表示加密信道的对称加密算法和hash算法
七、秘钥交换算法
双方在握手过程中,通过秘钥交换算法,确定后续通信的秘钥
常用的秘钥交换算法:RSA、DH类秘钥交换算法
7.1、RSA秘钥交换过程:
A->B
B:把公钥放在证书中
A:使用随机数算法,生成一个秘钥key,用公钥加密,发送给B。
RSA面临的问题:一旦私钥外泄(私钥参与了协商过程),那么key就能解密之前监听的所有的密文(向前不安全),安全性取决于私钥是否保存完好。
7.2、更安全的DH类秘钥交换算法
DH类秘钥算法有:DH, DHE, ECDH, ECDHE
DH(静态DH算法,秘钥交换始终选择相同的私钥,因此,每次的共享私钥都相同)
DHE(临时DH算法,每个连接生成一个临时的DH秘钥,因此同一秘钥永远不会被使用两次。向前保密)
7.3、DHE秘钥交换算法(基于离散对数难题)简单说明:
A->B
A:生成一个随机数X(作为自己的私钥),a= g^x mod p (g的x次方对p取模),p 是个大素数,g是生成数,将a发送给B
B:生成一个随机数Y(作为自己的私钥),b= g^y mod p,将b发送给A。
A: 计算 key1 = b^x mod p
B:计算 key2 = a^y mod p
根据数学逻辑,key1=key2,所以秘钥交换成功
DHE安全性体现在:传输的只是a、b、p、g,中间没有传输私钥x和y,在已知这四个数很难得出x和y(依赖于离散),保证了安全。
DH秘钥计算举例:
假设 g =10, p = 7,x = 3, a = 6,y = 11 , b = 5
key1 = ((g^x)mod p)^y mod p = ((10^3)mod 7)^11 mod 7 =6
key2 = ((g^y)mod p)^x mod p = ((10^11)mod 7)^3 mod 7 =6
7.4、基于ECDHE的秘钥交换算法(基于椭圆离散对数难题)
ECDHE的运算是把DHE中模幂运算替换成了点乘运算,速度更快,可逆更难
A->B
A:生成一个随机数Ra,计算Pa(x,y) = Ra * Q(x, y),Q(x, y)为全世界公认的某个椭圆曲线算法的基点。将Pa(x, y)发送至服务器。
B:生成随机值Rb,计算Pb(x,y)= Rb * Q(x, y)。将Pb(x, y)发送至客户端。
A:计算Sa(x,y) = Ra * Pb(x, y)
B:计算Sb(x,y) = Rb * Pa(x, y)
算法保证了Sa =Sb = S,提取其中的S的x向量作为密钥(预主密钥)
二、HTTPS 协议层次
SSL和TLS为数据安全通信提供支持。
三、HTTPS设计思路
1、服务器生成公钥对A,把公钥和其他信息info发送给CA机构,申请证书;
2、CA机构,有一套自己的公钥对S,CA机构将info生成数字摘要,并使用S私钥对摘要进行加密,CA机构在操作系统系统有有一套证书,保存的是S公钥;
3、CA机构将info和加密后的数字摘要生成证书发送给服务器;
4、服务器进行https通信时,先发送证书;
5.6.7、客户端收到证书后,首先验证证书合法性,获取OS内部受信任的CA证书,使用OS公钥对证书摘要进行解密出hash值,再使用相同的hash算法对证书内容进行hash计算,比较两个hash值是否一致,一致则认为证书合法;
8、客户端验证证书合法后,client生成对称秘钥对,并使用公钥A将秘钥对加密,发送给服务器,之后的交互数据,则使用对称秘钥加密。(实际过程并未如此)
由此可见,整个HTTPS过程涉及到两对公钥对,一是用户加密数据通信的对称秘钥,放在数字证书中;二是CA机构的公钥对,放在OS内,用于验证证书是否合法
四、TLS握手
整个交互过程可以分为三个阶段:tcp握手,tls握手(明文或者密文),tls数据交互(密文)
tls握手用于验证双方及协商通信的加密秘钥。
一般的,tls握手过程是明文交互的,也可以使用RSA对称加密,双方协商一致就可以。
有三种情况的握手:
a、只验证服务器的SSL握手过程
b、验证服务器和客户端的SSL握手过程
c、恢复原有会话的SSL握手过程
下图展示了“a、只验证服务器的SSL握手过程”
注意,第4阶段,server key exchange是可选的,作为证书的补充
下列场景才会有server key exchange
协商采用了RSA加密,但服务器端的证书没有提供RSA公钥
协商采用了DH加密,但服务器端的证书没有提供DH参数
协商采用了fortezza_kea加密,但是服务端的证书没有提供参数
4.1、TLS会话缓存机制
为了加快建立握手的速度,减少协议带来的性能降低和资源消耗,TLS协议有两类会话缓存机制:
会话标识session ID和会话记录session ticket.
client -> server: clienthello(session id)
server -> client: serverhello, change cipher spec, encrypted handshake message
client -> server: change cipherspec, encrypted handshake message
客户端再次和服务器建立连接,则在client中session
ID中携带记录的信息,发送给服务器。
服务器根据session ID检索缓存记录,如果没有检索到,则按正常的握手进行;
如果检索到,则返回change_cipher_spec与encrypted_handshake_message;
如果客户端能够验证通过服务器加密数据,则客户端同样发送change_cipher_spec与encrypted_handshake_message信息;
服务器验证数据通过,则握手建立成功,开始进行正常的加密数据通信;
4.2、客户端重连
客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信;
客户端需要更新秘钥,主动发出client_hello信息;
服务器识别重建连接请求后,发送server_hello信息;
客户端和服务器开始新的重建连接过程;
4.3、服务器重连
客服端和服务器之间建立了有效TLS连接并通信;
客户端访问受保护的信息;
服务端返回hello_request信息;
客户端收到hello_request信息之后发送client_hello信息,开始重新建立连接;
五、证书
5.1、证书结构
版本:标识证书的版本(1,2和3)
序列号:标识证书的唯一标识符
签名算法:本证书所用签名算法
颁发者:证书颁发者的可识别名
使用者:证书拥有者的可识别名
公钥:证书发布的公钥
CRL:证书吊销列表,包含CA已经吊销的证书序列号及其吊销日期
证书策略:
使用者秘钥标识符
颁发机构秘钥标识符:用于证书链的验证
证书吊销列表(CRL)与证书状态在线查询协议(OCSP)
一般CA都只是每隔一定时间(几天或者几个月)才发布新的吊销列表,所以CRL不能及时反映证书状态。
而OCSP就能满足实时在线查询证书状态的要求。OCSP服务器会返回证书的三个状态:正常、吊销和未知。
在颁发机构信息访问提供了OCSP服务器地址
浏览器在访问https网站是,先检查此证书是否已经被吊销,如果证书已经被吊销,则会显示警告信息: “此组织的证书已被吊销。安全证书问题可能显示试图欺骗您或截获您向服务器发送的数据。建议关闭此网页,并且不要继续浏览该网站。 ”
5.2、信任链
CA组织结构是一个树结构,一个root CA下面有多个mid CA,而mid CA又可以包含多个mid CA。
root CA和mid CA都可以颁发证书给用户,颁发的分别是root证书和中间证书,最终用户用来认证公钥的证书被称为end-user证书。
如果end-user证书是mid CA颁发的,那么握手阶段,需要把中间证书也一并发给客户端。
证书链验证过程:
六、秘钥协商过程
在TLS握手阶段确定了双方使用的密码学套件。
(秘钥协商、证书验证、数据加密是三个独立的过程)
举例:
TLS_ DHE_RSA _WITH_ AES_256_CBC_SHA
DHE_RSA :表示握手过程中使用的非对称加密算法(秘钥交换用的是DHE, 证书用的RSA),如果WITH只有一个,那么表示交换信息和证书用的是同一个算法
(可选的主要的密钥交换算法包括:RSA, DH, ECDH, ECDHE。可选的主要的证书算法包括:RSA, DSA, ECDSA。两者可以独立选择,并不冲突)
AES_256_CBC_SHA :表示加密信道的对称加密算法和hash算法
七、秘钥交换算法
双方在握手过程中,通过秘钥交换算法,确定后续通信的秘钥
常用的秘钥交换算法:RSA、DH类秘钥交换算法
7.1、RSA秘钥交换过程:
A->B
B:把公钥放在证书中
A:使用随机数算法,生成一个秘钥key,用公钥加密,发送给B。
RSA面临的问题:一旦私钥外泄(私钥参与了协商过程),那么key就能解密之前监听的所有的密文(向前不安全),安全性取决于私钥是否保存完好。
7.2、更安全的DH类秘钥交换算法
DH类秘钥算法有:DH, DHE, ECDH, ECDHE
DH(静态DH算法,秘钥交换始终选择相同的私钥,因此,每次的共享私钥都相同)
DHE(临时DH算法,每个连接生成一个临时的DH秘钥,因此同一秘钥永远不会被使用两次。向前保密)
7.3、DHE秘钥交换算法(基于离散对数难题)简单说明:
A->B
A:生成一个随机数X(作为自己的私钥),a= g^x mod p (g的x次方对p取模),p 是个大素数,g是生成数,将a发送给B
B:生成一个随机数Y(作为自己的私钥),b= g^y mod p,将b发送给A。
A: 计算 key1 = b^x mod p
B:计算 key2 = a^y mod p
根据数学逻辑,key1=key2,所以秘钥交换成功
DHE安全性体现在:传输的只是a、b、p、g,中间没有传输私钥x和y,在已知这四个数很难得出x和y(依赖于离散),保证了安全。
DH秘钥计算举例:
假设 g =10, p = 7,x = 3, a = 6,y = 11 , b = 5
key1 = ((g^x)mod p)^y mod p = ((10^3)mod 7)^11 mod 7 =6
key2 = ((g^y)mod p)^x mod p = ((10^11)mod 7)^3 mod 7 =6
7.4、基于ECDHE的秘钥交换算法(基于椭圆离散对数难题)
ECDHE的运算是把DHE中模幂运算替换成了点乘运算,速度更快,可逆更难
A->B
A:生成一个随机数Ra,计算Pa(x,y) = Ra * Q(x, y),Q(x, y)为全世界公认的某个椭圆曲线算法的基点。将Pa(x, y)发送至服务器。
B:生成随机值Rb,计算Pb(x,y)= Rb * Q(x, y)。将Pb(x, y)发送至客户端。
A:计算Sa(x,y) = Ra * Pb(x, y)
B:计算Sb(x,y) = Rb * Pa(x, y)
算法保证了Sa =Sb = S,提取其中的S的x向量作为密钥(预主密钥)