【SSL 协议介绍】

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。

 

SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层： SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。 SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

 

提供服务

1）认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；

2）加密数据以防止数据中途被窃取；

3）维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。

 

 

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）服务器回复该主密钥，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。

SSL协议提供的安全通道有以下三个特性：

机密性：SSL协议使用密钥加密通信数据。

可靠性：服务器和客户都会被认证，客户的认证是可选的。

完整性：SSL协议会对传送的数据进行完整性检查。

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的体系结构中包含两个协议子层，其中底层是SSL纪录协议层（SSL Record Protocol Layer）；高层是SSL握手协议层（SSL HandShake Protocol Layer）。

SSL纪录协议层的作用是为高层协议提供基本的安全服务。SSL纪录协议针对HTTP协议进行了特别的设计，使得超文本的传输协议HTTP能够在SSL运行。纪录封装各种高层协议，具体实施压缩解压缩、加密解密、计算和校验MAC等与安全有关的操作。

 

SSL握手协议层包括SSL握手协议（SSL HandShake Protocol）、SSL密码参数修改协议（SSL Change Cipher Spec Protocol）、应用数据协议（Application Data Protocol）和SSL告警协议（SSL Alert Protocol）。握手层的这些协议用于SSL管理信息的交换，允许应用协议传送数据之间相互验证，协商加密算法和生成密钥等。SSL握手协议的作用是协调客户和服务器的状态，使双方能够达到状态的同步。

 

 

 

SSL纪录协议（Record Protocol）为SSL连提供两种服务。

（1）保密性：利用握手协议所定义的共享密钥对SSL净荷（Payload）加密。

（2）完整性：利用握手协议所定义的共享的MAC密钥来生成报文的鉴别码（MAC）。

SSL的工作过程如下。

（1）发送方的工作过程为：

从上次接受要发送的数据（包括各种消息和数据）；

对信息进行分段，分成若干纪录；

使用指定的压缩算法进行数据压缩（可选）；

使用指定的MAC算法生成MAC；

使用指定的加密算法进行数据加密；

添加SSL纪录协议的头，发送数据。

（2）接收方的工作过程为：

接收数据，从SSL纪录协议的头中获取相关信息；

使用指定的解密算法解密数据；

使用指定的MAC算法校验MAC；

使用压缩算法对数据解压缩（在需要进行）；

将纪录进行数据重组；

将数据发送给高层。

 

SSL介绍：

　　安全套接字（Secure Socket Layer，SSL）协议是Web浏览器与Web服务器之间安全交换信息的协议，提供两个基本的安全服务：鉴别与保密。

　　SSL是Netscape于1994年开发的，后来成为了世界上最著名的web安全机制，所有主要的浏览器都支持SSL协议。

　　目前有三个版本：2、3、3.1，最常用的是第3版，是1995年发布的。

　　SSL协议的三个特性

　　① 保密：在握手协议中定义了会话密钥后，所有的消息都被加密。

　　② 鉴别：可选的客户端认证，和强制的服务器端认证。

　　③ 完整性：传送的消息包括消息完整性检查（使用MAC）。

　　SSL的位置

　　SSL介于应用层和TCP层之间。应用层数据不再直接传递给传输层，而是传递给SSL层，SSL层对从应用层收到的数据进行加密，并增加自己的SSL头。

　　SSL的工作原理

　　握手协议（Handshake protocol）

　　记录协议（Record protocol）

　　警报协议（Alert protocol）

　　1、握手协议

　　握手协议是客户机和服务器用SSL连接通信时使用的第一个子协议，握手协议包括客户机与服务器之间的一系列消息。SSL中最复杂的协议就是握手协议。该协议允许服务器和客户机相互验证，协商加密和MAC算法以及保密密钥，用来保护在SSL记录中发送的数据。握手协议是在应用程序的数据传输之前使用的。

　　每个握手协议包含以下3个字段

　　（1）Type：表示10种消息类型之一

　　（2）Length：表示消息长度字节数

　　（3）Content：与消息相关的参数

　　握手协议的4个阶段

　　1.1 建立安全能力

　　SSL握手的第一阶段启动逻辑连接，建立这个连接的安全能力。首先客户机向服务器发出client hello消息并等待服务器响应，随后服务器向客户机返回server hello消息，对client hello消息中的信息进行确认。

　　Client hello消息包括Version，Random，Session id，Cipher suite，Compression method等信息。

　　ClientHello 客户发送CilentHello信息，包含如下内容：

　　（1）客户端可以支持的SSL最高版本号

　　（2）一个用于生成主秘密的32字节的随机数。（等会介绍主秘密是什么）

　　（3）一个确定会话的会话ID。

　　（4）一个客户端可以支持的密码套件列表。

　　密码套件格式：每个套件都以“SSL”开头，紧跟着的是密钥交换算法。用“With”这个词把密钥交换算法、加密算法、散列算法分开，例如：SSL_DHE_RSA_WITH_DES_CBC_SHA, 表示把DHE_RSA(带有RSA数字签名的暂时Diffie-HellMan)定义为密钥交换算法；把DES_CBC定义为加密算法；把SHA定义为散列算法。

　　（5）一个客户端可以支持的压缩算法列表。

　　 ServerHello服务器用ServerHello信息应答客户，包括下列内容

　　（1）一个SSL版本号。取客户端支持的最高版本号和服务端支持的最高版本号中的较低者。

　　（2）一个用于生成主秘密的32字节的随机数。（客户端一个、服务端一个）

　　（3）会话ID

　　（4）从客户端的密码套件列表中选择的一个密码套件

　　（5）从客户端的压缩方法的列表中选择的压缩方法

　　这个阶段之后，客户端服务端知道了下列内容：

　　（1）SSL版本

　　（2）密钥交换、信息验证和加密算法

　　（3）压缩方法

　　（4）有关密钥生成的两个随机数。

　　1.2 服务器鉴别与密钥交换

　　服务器启动SSL握手第2阶段，是本阶段所有消息的唯一发送方，客户机是所有消息的唯一接收方。该阶段分为4步：

　　（a）证书：服务器将数字证书和到根CA整个链发给客户端，使客户端能用服务器证书中的服务器公钥认证服务器。

　　（b）服务器密钥交换（可选）：这里视密钥交换算法而定

　　（c）证书请求：服务端可能会要求客户自身进行验证。

　　（d）服务器握手完成：第二阶段的结束，第三阶段开始的信号

　　这里重点介绍一下服务端的验证和密钥交换。这个阶段的前面的（a）证书 和（b）服务器密钥交换是基于密钥交换方法的。而在SSL中密钥交换算法有6种：无效（没有密钥交换）、RSA、匿名Diffie-Hellman、暂时Diffie-Hellman、固定Diffie-Hellman、Fortezza。

　　在阶段1过程客户端与服务端协商的过程中已经确定使哪种密钥交换算法。

　　如果协商过程中确定使用RSA交换密钥，那么过程如下图：

　　这个方法中，服务器在它的第一个信息中，发送了RSA加密/解密公钥证书。不过，因为预备主秘密是由客户端在下一个阶段生成并发送的，所以第二个信息是空的。注意，公钥证书会进行从服务器到客户端的验证。当服务器收到预备主秘密时，它使用私钥进行解密。服务端拥有私钥是一个证据，可以证明服务器是一个它在第一个信息发送的公钥证书中要求的实体。

　　其他的几种密钥交换算法这里就不介绍了。可以参考Behrouz A.Forouzan著的《密码学与网络安全》。

 　　1.3 客户机鉴别与密钥交换：

　　客户机启动SSL握手第3阶段，是本阶段所有消息的唯一发送方，服务器是所有消息的唯一接收方。该阶段分为3步：

　　（a）证书（可选）：为了对服务器证明自身，客户要发送一个证书信息，这是可选的，在IIS中可以配置强制客户端证书认证。

　　（b）客户机密钥交换（Pre-master-secret）：这里客户端将预备主密钥发送给服务端，注意这里会使用服务端的公钥进行加密。

　　（c）证书验证（可选），对预备秘密和随机数进行签名，证明拥有（a）证书的公钥。

　　下面也重点介绍一下RSA方式的客户端验证和密钥交换。

　　这种情况，除非服务器在阶段II明确请求，否则没有证书信息。客户端密钥交换方法包括阶段II收到的由RSA公钥加密的预备主密钥。

　　阶段III之后，客户要有服务器进行验证，客户和服务器都知道预备主密钥。

　　1.4 完成

　　客户机启动SSL握手第4阶段，使服务器结束。该阶段分为4步，前2个消息来自客户机，后2个消息来自服务器。

　　1.5 密钥生成的过程

　　这样握手协议完成，下面看下什么是预备主密钥，主密钥是怎么生成的。为了保证信息的完整性和机密性，SSL需要有六个加密秘密：四个密钥和两个IV。为了信息的可信性，客户端需要一个密钥（HMAC），为了加密要有一个密钥，为了分组加密要一个IV，服务也是如此。SSL需要的密钥是单向的，不同于那些在其他方向的密钥。如果在一个方向上有攻击，这种攻击在其他方向是没影响的。生成过程如下：

　　2、记录协议 

　　记录协议在客户机和服务器握手成功后使用，即客户机和服务器鉴别对方和确定安全信息交换使用的算法后，进入SSL记录协议，记录协议向SSL连接提供两个服务：

　　（1）保密性：使用握手协议定义的秘密密钥实现

　　（2）完整性：握手协议定义了MAC，用于保证消息完整性

　　记录协议的过程：

　　3、警报协议

　　客户机和服务器发现错误时，向对方发送一个警报消息。如果是致命错误，则算法立即关闭SSL连接，双方还会先删除相关的会话号，秘密和密钥。每个警报消息共2个字节，第1个字节表示错误类型，如果是警报，则值为1，如果是致命错误，则值为2；第2个字节制定实际错误类型。

　　总结

　　SSL中，使用握手协议协商加密和MAC算法以及保密密钥 ，使用握手协议对交换的数据进行加密和签名，使用警报协议定义数据传输过程中，出现问题如何去解决。