SSL协议之握手协议

一、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。

二、握手协议的四个阶段

三、握手协议具体过程

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：

• 客户端可以支持的SSL最高版本号
• 一个用于生成主秘密的32字节的随机数。
• 一个确定会话的会话ID。
• 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）
• 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：

• 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。
• 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）
• 会话ID
• 从客户端的密码套件列表中选择的一个密码套件
• 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：

• SSL版本
• 密钥交换算法、散列算法和加密算法
• 压缩方法
• 有关密钥生成的两个随机数

 

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：

第一步：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。

第二步：服务器密钥交换（可选）-这里视密钥交换算法而定。

第三步：证书请求（可选）-服务端可能会要求客户自身进行验证。

第四步：服务器握手完成-第二阶段的结束，第三阶段开始的信号。

这个阶段的第一步：证书、第二步：服务器密钥交换是基于密钥交换方法的。

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SSL阶段1建立安全能力中，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：

在RSA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。

 

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。

第一步：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。

第二步：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。

第三步：证书验证（可选），对预备秘密和随机数进行签名，证明拥有第一步证书的公钥。

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2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2收到的由RSA公钥加密的预备主密钥。

 

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。

 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。

密钥的生成过程如下：

第一步：从预备主秘密计算主秘密

 

第二步：从主秘密计算密钥材料

第三步：从密钥材料提取加密秘密