SSL/TLS协议的三次握手过程_tls三次握手

互联网的通信安全，建立在SSL/TLS协议之上。

本文简要介绍SSL/TLS协议的运行机制。文章的重点是设计思想和运行过程，不涉及具体的实现细节。如果想了解这方面的内容，请参阅RFC文档。

 

一、SSL 证书

SSL 证书就是遵守 SSL协议，由受信任的数字证书颁发机构CA，在验证服务器身份后颁发，具有服务器身份验证和数据传输加密功能。说白了就是：CA 中心主要作用是企业的公钥做认证。CA中心用自己的私钥，对某公司的公钥和一些相关信息（域名、公司名称、身份等）一起加密，生成"数字证书"。

• 怎么才能申请到SSL证书？
  公司是否有合法身份、申请人是否控制证书​​中提到的域名。
   
• 申请证书的步骤

1. 制作CSR文件
   CSR就是Certificate Signing Request证书请求文件。这个文件是由申请人制作，在制作的同时，系统会产生2个密钥，一个是公钥就是这个CSR文件，另外一个是私钥，存放在服务器上。要制作CSR文件，申请人可以参考WEB SERVER的文档，一般APACHE等，使用OPENSSL命令行来生成KEY+CSR2个文件。
    
2. 提交CA认证
   域名认证，一般通过对管理员邮箱认证的方式，这种方式认证速度快，但是签发的证书中没有企业的名称；
   企业文档认证，需要提供企业的营业执照。一般需要3-5个工作日。 也有需要同时认证以上2种方式的证书，叫EV证书，这种证书可以使IE7以上的浏览器地址栏变成绿色，所以认证也最严格。
    
3. 证书的安装
   在收到CA的证书后，可以将证书部署上服务器，一般APACHE文件直接将KEY+CER复制到文件上，然后修改HTTPD.CONF文件。
   
   注意：证书分为单域证书、通配符证书、多域证书、扩展验证证书，申请证书的时候要看是申请那一类了。

 

二、基本原理
1）客户端给出一个客户端随机数A（Client random）、客户端支持的协议版本号、加密方式。
2）服务端确认双方使用的加密方式，并给出数字证书、一个服务器生成的随机数B（Server random）
3）客户端确认数字证书有效，生成一个新的随机数C（Pre-master-secret），使用证书中的公钥对C加密，发送给服务端
   注意：如果服务器要求验证客户端身份合法性，客户端会在这一步发送证书及相关信息。
4）服务端使用自己的私钥解密得到C
5）客户端和服务器根据约定的加密方法，使用三个随机数ABC，生成对话秘钥，之后的通信都用这个对话秘钥进行加密。

注意：“之后的通信都用这个对话秘钥进行加密”---------------->“之后的通信” 是指本次的接口调用，而不是所有接口！！！！！
        https 不会缓存当次的会话密钥给其他接口用，每次调用一个 Https 接口，都需要重新走上面的过程。

三、基本的运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。

但是，这里有两个问题。

（1）如何保证公钥不被篡改？

解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。

（2）公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？

解决方法：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"（session key），用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。

因此，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：

（1） 客户端向服务器端索要并验证公钥。

（2） 双方协商生成"对话密钥"。

（3） 双方采用"对话密钥"进行加密通信。

上面过程的前两步，又称为"握手阶段"（handshake）。

四、握手阶段的详细过程

 

"握手阶段"涉及四次通信，我们一个个来看。需要注意的是，"握手阶段"的所有通信都是明文的。

4.1 客户端发出请求（ClientHello）

首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。
场景：在浏览器输入 https://www.baidu.com

在这一步，客户端主要向服务器提供以下信息。

（1） 支持的协议版本，比如TLS 1.0版。

（2） 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。

（3） 支持的加密方法，比如RSA公钥加密。

（4） 支持的压缩方法。

这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。

对于虚拟主机的用户来说，这当然很不方便。2006年，TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展，允许客户端向服务器提供它所请求的域名。

4.2 服务器回应（SeverHello）

服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。

场景：输入 https://www.baidu.com 后进行dns解析，公司web服务器 把以下内容回传给用户

（1） 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。

（2） 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。

（3） 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。

（4） 服务器证书。即CA中心颁发的证书

除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供"客户端证书"。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。

4.3 客户端回应

客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。

注意：若客户端是浏览器，这个验证由浏览器内部完成，若客户端是app，需要由网络请求模块完成，如OKHttp。
对于Android客户端，
                        1）对于CA机构颁发的证书Okhttp默认支持，可以直接访问
                        2）对于自定义的证书需要自己处理，加入信任或提示错误。这里以信任为例（如：https ://aaa.123.cn/bbb）
                            一是信任所有证书，
                            二是信任指定证书，访问自签名的网站

                   对于自制的CA证书，在客户端/服务端可以重写X509TrustManager类里面的方法实现忽略校验操作。                   HttpsURLConnection.setSSLSocketFactory(ssf);

 

如果证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后，向服务器发送下面三项信息。

（1） 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听。

（2） 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。

（3） 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。

上面第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。

至于为什么一定要用三个随机数，来生成"会话密钥"，dog250解释得很好：

"不管是客户端还是服务器，都需要随机数，这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的，因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。

对于RSA密钥交换算法来说，pre-master-key本身就是一个随机数，再加上hello消息中的随机，三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。

pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数，如果随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了，因此必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能完全不随机，可是是三个伪随机就十分接近随机了，每增加一个自由度，随机性增加的可不是一。"

此外，如果前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。

4.4 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。然后，向客户端最后发送下面信息。

（1）编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。

（2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。

至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。