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2022/12/21阅读：69主题：默认主题
tls连接是如何建立的
建立ssl/tls连接需要若干步骤,协议结合使用了对称加密和非对称加密,客户机和服务端需要协商所使用的算法并交换密钥信息. 下面以TLS 1.2为例介绍下流程(TlS1.3做了很多优化)
流程
说明
1.Client Hello
客户端发送的'Client Hello'包括以下信息:
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Client Version 客户端发送一组支持的TSL/SSL协议版本(首选版本放在最前面,通常是最新可用的版本) -
Client Random 32 byte的随机数,client random和server random被用于生成用于加密的密钥. 在最初的 TLS 1.2规范中,前4个字节表示客户机的当前日期和时间(以纪元格式,即时间戳,'2022-09-27 10:32:51'的毫秒级时间戳:1664245971662),剩下的28个字节应该是随机生成的数字。 然而,IETF后来建议不要这样做 -
Session ID 用于连接的会话ID,如果session_id 不是空的,服务器将搜索以前缓存的会话,并在找到匹配的会话时恢复该会话 -
Compression_Method 用于压缩SSL的数据包,可提升传输速度,但有风险(https://www.acunetix.com/blog/articles/tls-vulnerabilities-attacks-final-part/) -
Cipher Suites Cipher Suites是密码算法的组合.通常,每个密码套件包含一个用于以下任务的加密算法 -
密钥交换(key exchange) -
身份验证(authentication) -
批量(数据)加密(bulk data encryption) -
消息身份验证(message authentication) 客户端按照偏好顺序发送它所支持的所有密码套件的列表,理想情况下,client希望使用发送的第一个cipher suite建立连接 样例(TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256) -
TLS is the protocol being used -
ECDHE is the key exchange algorithm (Elliptic curve Diffie–Hellman) -
ECDSA is the authentication algorithm (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) -
AES_128_GCM is the data encryption algorithm (Advanced Encryption Standard 128 bit Galois/Counter Mode) -
SHA256 is the Message Authentication Code (MAC) algorithm (Secure Hash Algorithm 256 bit)
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Extensions 附加功能,可以通过扩展来实现,比如支持(elliptic curve cryptography, point formats for elliptic curve cryptography, signature algorithms...) 如果服务器不能提供附加功能，客户端可能会中止握手
example
2.Server Hello
服务端收到'Client Hello'会回复'Server Hello', 可能包含选定的选项(来自'Client Hello'建议的选项),也可能是握手失败消息,包含:
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Server Version 从客户端提供的版本中选择 SSL/TLS 协议的首选版本(preferred version) -
Server Random 和客户端发送的类似,32 byte的随机数 -
Session ID 如果客户端Session ID不是空的,服务器将搜索以前缓存的会话,如果找到匹配,则使用该会话ID恢复会话 如果客户端会话ID为空,则服务器可以创建一个新会话并将其发送出去 -
Cipher Suites -
CompressionMethods -
Server Certificate(Sever->Client) server向client发送经过签名的 TLS/SSL 证书，以证明其身份,还包含sever的公钥。 -
Client Certificate(Client->Server,Optional) 在极少数情况下,server可能要求client使用client证书进行身份验证。如果是,client将向server提供其已签名的证书 -
Server Key Exchange(Sever->Client) 只有在server提供的证书不足以让client交换pre-master secret时,才会发送服务器密钥交换消息。 (如:DHE_DSS,DHE_RSA,DH_anon 是这样的)。 -
Server Hello Done(Server->Client) sever将此消息发送到client以确认Server Hello消息已完成
example
3.Client Key Exchange
在接收到'Server Hello Done'后开始.
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Pre-Master Secret client使用接收自server的非对称密钥(asymmetric encryption)加密'pre-master secret',这样只要server才能解密得到'pre-master secret'
pre-master secret -
Master Secret server接收到'pre-master secret'后会使用私钥解密数据,client和server使用伪随机函数(PRF)根据前面交换的随机值(Client Random 和 Server Random)计算'master secret' PRF 是一个用来产生任意数量的伪随机数据的函数 'master secret'占48 byte,是对称加密秘钥,随后,client和server都将使用对称加密的数据进行其余的通信(使用'master secret'生成一组秘钥用于加密/解密数据) - client_write_MAC_key: Authentication and Integrity check - server_write_MAC_key: Authentication and Integrity check - client_write_key: Message encryption using symmetric key - server_write_key: Message encryption using symmetric key - client_write_IV: Initialization Vector used by some AHEAD ciphers - server_write_IV: Initialization Vector used by some AHEAD ciphers
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Client Change Cipher Spec 此时client已经准备好切换到一个安全的、加密的环境。'Change Cipher Spec'协议用于更改加密算法 从现在起,client发送的任何数据都将使用对称共享密钥进行加密。
Change Cipher Spec -
Client Handshake Finished 来自client的握手过程的最后一条消息表示握手已经完成。这也是安全连接的第一条加密消息。
4.Server Finished
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Server Change Cipher Spec server准备好切换到加密的环境。 从现在起，服务器发送的任何数据都将使用对称共享密钥进行加密。 -
Server Handshake Finished 来自server的握手过程的最后一条消息,表示握手结束。
TLS1.3的握手
在TLS 1.2及更早版本中,TLS握手需要完成两个round trips
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第一次round trip是交换问候(hellos) -
第二次round trip是密钥交换(key exchange)和changing the cipher spec(加密方式,加密算法)
在TLS 1.3中,这个过程是流线型的，只需要一次round trip。 TLS 1.3也不再支持 TLS 压缩。
在 TLS 1.3中,当server发送 hello 时会猜测server最可能选择的密钥协商协议。同时,它使用猜测协议共享密钥。 server的 hello 消息还包含共享密钥(shared key)、证书和服务器完成的消息。 不需要cipher change,因为在交换信息之后，双方都已经拥有了加密通信所需要的一切。
Cipher Suites
Cipher suites are sets of encryption algorithms(加密算法)
A cipher suite always includes four different algorithms for four purposes: the key exchange algorithm, the authentication algorithm, the data encryption algorithm, and the Message Authentication Code (MAC) algorithm.
验证
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使用curl -v观察支持https的站点
# http/1.1的站点,如百度
curl https://baidu.com -v
# 输出如下:
# * Rebuilt URL to: https://baidu.com/
# * Trying 39.156.66.10...
# * TCP_NODELAY set
# * Connected to baidu.com (39.156.66.10) port 443 (#0)
# * ALPN, offering h2
# * ALPN, offering http/1.1
# * successfully set certificate verify locations:
# * CAfile: /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt
# CApath: /etc/ssl/certs
# * TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
# * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Server hello (2):
# * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Certificate (11):
# * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Server key exchange (12):
# * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Server finished (14):
# * TLSv1.2 (OUT), TLS handshake, Client key exchange (16):
# * TLSv1.2 (OUT), TLS change cipher, Client hello (1):
# * TLSv1.2 (OUT), TLS handshake, Finished (20):
# * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Finished (20):
# * SSL connection using TLSv1.2 / ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256
# * ALPN, server accepted to use http/1.1 -
inet netmask broadcast
参考
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图示,详细流程 https://tls12.xargs.org/ -
https://www.ibm.com/docs/en/cics-tg-zos/9.3.0?topic=ssl-how-connection-is-established -
https://www.acunetix.com/blog/articles/establishing-tls-ssl-connection-part-5/ -
使用压缩算法有什么风险 https://www.acunetix.com/blog/articles/tls-vulnerabilities-attacks-final-part/ -
pre-master secret https://juejin.cn/post/6906126429381984264 -
图解SSL/SSL协议 https://ruanyifeng.com/blog/2014/09/illustration-ssl.html -
master secret
作者介绍