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SSL(Secure Socket Layer,SSL)工作原理

SSL 的分层结构

1 SSL协议分层

如上图所示,SSL位于应用层和传输层之间,它可以为任何基于TCP等可靠连接的应用层协议提供安全性保证。SSL协议本身分为两层:

l              上层为SSL握手协议(SSL handshake protocol)、SSL密码变化协议(SSL change cipher spec protocol)和SSL警告协议(SSL alert protocol);

l              底层为SSL记录协议(SSL record protocol)。

其中:

l              SSL握手协议:是SSL协议非常重要的组成部分,用来协商通信过程中使用的加密套件(加密算法、密钥交换算法和MAC算法等)、在服务器和客户端之间安全地交换密钥、实现服务器和客户端的身份验证。

l              SSL密码变化协议:客户端和服务器端通过密码变化协议通知对端,随后的报文都将使用新协商的加密套件和密钥进行保护和传输。

l              SSL警告协议:用来向通信对端报告告警信息,消息中包含告警的严重级别和描述。

l              SSL记录协议:主要负责对上层的数据(SSL握手协议、SSL密码变化协议、SSL警告协议和应用层协议报文)进行分块、计算并添加MAC值、加密,并把处理后的记录块传输给对端。

2  SSL握手过程

SSL通过握手过程在客户端和服务器之间协商会话参数,并建立会话。会话包含的主要参数有会话ID、对方的证书、加密套件(密钥交换算法、数据加密算法和MAC算法等)以及主密钥(master secret)。通过SSL会话传输的数据,都将采用该会话的主密钥和加密套件进行加密、计算MAC等处理。

不同情况下,SSL握手过程存在差异。下面将分别描述以下三种情况下的握手过程:

l              只验证服务器的SSL握手过程

l              验证服务器和客户端的SSL握手过程

l              恢复原有会话的SSL握手过程

2.1  只验证服务器的SSL握手过程

只验证服务器的SSL握手过程

如图5所示,只需要验证SSL服务器身份,不需要验证SSL客户端身份时,SSL的握手过程为:

(1)        SSL客户端通过Client Hello消息将它支持的SSL版本、加密算法、密钥交换算法、MAC算法等信息发送给SSL服务器。

(2)        SSL服务器确定本次通信采用的SSL版本和加密套件,并通过Server Hello消息通知给SSL客户端。如果SSL服务器允许SSL客户端在以后的通信中重用本次会话,则SSL服务器会为本次会话分配会话ID,并通过Server Hello消息发送给SSL客户端。

(3)        SSL服务器将携带自己公钥信息的数字证书通过Certificate消息发送给SSL客户端。

(4)        SSL服务器发送Server Hello Done消息,通知SSL客户端版本和加密套件协商结束,开始进行密钥交换。

(5)        SSL客户端验证SSL服务器的证书合法后,利用证书中的公钥加密SSL客户端随机生成的premaster secret,并通过Client Key Exchange消息发送给SSL服务器。

(6)        SSL客户端发送Change Cipher Spec消息,通知SSL服务器后续报文将采用协商好的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

(7)        SSL客户端计算已交互的握手消息(除Change Cipher Spec消息外所有已交互的消息)的Hash值,利用协商好的密钥和加密套件处理Hash值(计算并添加MAC值、加密等),并通过Finished消息发送给SSL服务器。SSL服务器利用同样的方法计算已交互的握手消息的Hash值,并与Finished消息的解密结果比较,如果二者相同,且MAC值验证成功,则证明密钥和加密套件协商成功。

(8)        同样地,SSL服务器发送Change Cipher Spec消息,通知SSL客户端后续报文将采用协商好的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

(9)        SSL服务器计算已交互的握手消息的Hash值,利用协商好的密钥和加密套件处理Hash值(计算并添加MAC值、加密等),并通过Finished消息发送给SSL客户端。SSL客户端利用同样的方法计算已交互的握手消息的Hash值,并与Finished消息的解密结果比较,如果二者相同,且MAC值验证成功,则证明密钥和加密套件协商成功。

SSL客户端接收到SSL服务器发送的Finished消息后,如果解密成功,则可以判断SSL服务器是数字证书的拥有者,即SSL服务器身份验证成功,因为只有拥有私钥的SSL服务器才能从Client Key Exchange消息中解密得到premaster secret,从而间接地实现了SSL客户端对SSL服务器的身份验证。

&  说明:

l      Change Cipher Spec消息属于SSL密码变化协议,其他握手过程交互的消息均属于SSL握手协议,统称为SSL握手消息。

l      计算Hash值,指的是利用Hash算法(MD5或SHA)将任意长度的数据转换为固定长度的数据。

 



关键字:SSL工作原理,SSL协议分层,SSL握手

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