ssl

SSL(Secure Socket Layer)

安全套接层(Secure Sockets Layer,SSL)是网景公司(Netscape)在推出Web浏览器首版的同时,提出的协议。 SSL采用公开密钥技术,保证两个应用间通信的保密性和可靠性,使客户与服务器应用之间的通信不被攻击者窃听。可在服务器和客户机两端同时实现支持,目前已成为网际网路上保密通讯的工业标准,现行Web浏览器亦普遍将Http和SSL相结合,从而实现安全通信。

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。

协议结构

SSL协议可分为两层:SSL记录协议(SSL Record Protocol)和SSL握手协议(SSL Handshake Protocol)

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。

SSL协议提供的服务主要有

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。

SSL协议的握手过程

1)客户端的浏览器向服务器传送客户端SSL协议的版本号,加密算法的种类,产生的随机数,以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。

2)服务器向客户端传送SSL协议的版本号,加密算法的种类,随机数以及其他相关信息,同时服务器还将向客户端传送自己的证书。

3)客户利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性,服务器的合法性包括:证书是否过期,发行服务器证书的 CA 是否可靠,发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的“发行者的数字签名”,服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。如果合法性验证没有通过,通讯将断开;如果合法性验证通过,将继续进行第四步。

4)用户端随机产生一个用于后面通讯的“对称密码”,然后用服务器的公钥(服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得)对其加密,然后将加密后的“预主密码”传给服务器。

5)如果服务器要求客户的身份认证(在握手过程中为可选),用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名,将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的“预主密码”一起传给服务器。

6)如果服务器要求客户的身份认证,服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性,具体的合法性验证过程包括:客户的证书使用日期是否有效,为客户提供证书的CA是否可靠,发行CA的公钥能否正确解开客户证书的发行CA的数字签名,检查客户的证书是否在证书废止列表(CRL)中。检验如果没有通过,通讯立刻中断;如果验证通过,服务器将用自己的私钥解开加密的“预主密码”,然后执行一系列步骤来产生主通讯密码(客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码)。

7)服务器和客户端用相同的主密码即“通话密码”,一个对称密钥用于 SSL 协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在 SSL 通讯过程中还要完成数据通讯的完整性,防止数据通讯中的任何变化。

8)客户端向服务器端发出信息,指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥,同时通知服务器客户端的握手过程结束。

9)服务器向客户端发出信息,指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的主密码为对称密钥,同时通知客户端服务器端的握手过程结束。

10)SSL的握手部分结束,SSL 安全通道的数据通讯开始,客户和服务器开始使用相同的对称密钥进行数据通讯,同时进行通讯完整性的检验。

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协议的优势在于它是与应用层协议独立无关的。高层的应用层协议(例如:Http、FTP、Telnet等等)能透明的建立于SSL协议之上。SSL协议在应用层协议通信之前就已经完成加密算法、通信密钥的协商以及服务器认证工作。在此之后应用层协议所传送的数据都会被加密,从而保证通信的私密性。

TLS(Transport Layer Security)

概况

最新版本的TLS(Transport Layer Security,传输层安全协议)是IETF(Internet Engineering Task Force,Internet工程任务组)制定的一种新的协议,它建立在SSL 3.0协议规范之上,是SSL 3.0的后续版本。可以理解为SSL 3.1,它是写入了RFC的。

安全传输层协议(TLS)用于在两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性。

TLS利用密钥算法在互联网上提供端点身份认证与通讯保密,其基础是公钥基础设施(public key infrastructure,PKI)。不过在实现的典型例子中,只有网络服务者被可靠身份验证,而其客户端则不一定。这是因为公钥基础设施普遍商业运营,电子签名证书相当昂贵,普通大众很难买得起证书。协议的设计在某种程度上能够使主从式架构应用程序通讯本身预防窃听、干扰(Tampering)、和消息伪造。

协议结构

TLS记录协议

该协议由两层组成:TLS记录协议(TLS Record)和TLS握手协议(TLS Handshake)。较低的层为TLS记录协议,位于某个可靠的传输协议(例如 TCP)上面。

TLS记录协议是一种分层协议。每一层中的信息可能包含长度、描述和内容等字段。记录协议支持信息传输、将数据分段到可处理块、压缩数据、应用MAC 、加密以及传输结果等。对接收到的数据进行解密、校验、解压缩、重组等,然后将它们传送到高层客户机。

TLS 记录协议用于封装各种高层协议。作为这种封装协议之一的握手协议允许服务器与客户机在应用程序协议传输和接收其第一个数据字节前彼此之间相互认证,协商加密算法和加密密钥。

TLS连接状态指的是TLS记录协议的操作环境。它规定了压缩算法、加密算法和MAC算法。

TLS记录层从高层接收任意大小无空块的连续数据。密钥计算:记录协议通过算法从握手协议提供的安全参数中产生密钥、IV和MAC密钥。

TLS记录协议提供的连接安全性具有两个基本特性:

私有–对称加密用以数据加密(DES 、RC4 等)。对称加密所产生的密钥对每个连接都是唯一的,且此密钥基于另一个协议(如握手协议)协商。记录协议也可以不加密使用。

可靠–信息传输包括使用密钥的MAC进行信息完整性检查。安全哈希功能(SHA、MD5 等)用于MAC计算。记录协议在没有MAC的情况下也能操作,但一般只能用于这种模式,即有另一个协议正在使用记录协议传输协商安全参数。

TLS握手协议

TLS握手协议由三个子协议组构成,允许对等双方在记录层的安全参数上达成一致、自我认证、例示协商安全参数、互相报告出错条件。

TLS包含三个基本阶段:

1)对等协商支援的密钥算法

2)基于私钥加密交换公钥、基于PKI证书的身份认证

3)基于公钥加密的数据传输保密

TLS握手协议提供的连接安全具有三个基本属性:

1)可以使用非对称的,或公共密钥的密码术来认证对等方的身份。该认证是可选的,但至少需要一个结点方。

2)共享加密密钥的协商是安全的。对偷窃者来说协商加密是难以获得的。此外经过认证过的连接不能获得加密,即使是进入连接中间的攻击者也不能。

3)协商是可靠的。没有经过通信方成员的检测,任何攻击者都不能修改通信协商。

综述

TLS的最大优势就在于:TLS是独立于应用协议。高层协议可以透明地分布在TLS协议上面。然而,TLS标准并没有规定应用程序如何在TLS上增加安全性;它把如何启动TLS握手协议以及如何解释交换的认证证书的决定权留给协议的设计者和实施者来判断。

SSL与TLS的异同

在TLS 1.0与SSL3.0之间存在着显著的差别,主要是它们所支持的加密算法不同,所以TLS与SSL3.0不能互操作。

1)版本号:TLS记录格式与SSL记录格式相同,但版本号的值不同,TLS的版本1.0使用的版本号为SSLv3.1。

2)报文鉴别码:SSLv3.0和TLS的MAC算法及MAC计算的范围不同。TLS使用了RFC-2104定义的HMAC算法。SSLv3.0使用了相似的算法,两者差别在于SSLv3.0中,填充字节与密钥之间采用的是连接运算,而HMAC算法采用的是异或运算。但是两者的安全程度是相同的。

3)伪随机函数:TLS使用了称为PRF的伪随机函数来将密钥扩展成数据块,是更安全的方式。

4)报警代码:TLS支持几乎所有的SSLv3.0报警代码,而且TLS还补充定义了很多报警代码,如解密失败(decryption_failed)、记录溢出(record_overflow)、未知CA(unknown_ca)、拒绝访问(access_denied)等。

5)密文族和客户证书:SSLv3.0和TLS存在少量差别,即TLS不支持Fortezza密钥交换、加密算法和客户证书。

6)certificate_verify和finished消息:SSLv3.0和TLS在用certificate_verify和finished消息计算MD5和SHA-1散列码时,计算的输入有少许差别,但安全性相当。

7)加密计算:TLS与SSLv3.0在计算主密值(master secret)时采用的方式不同。

8)填充:用户数据加密之前需要增加的填充字节。在SSL中,填充后的数据长度要达到密文块长度的最小整数倍。而在TLS中,填充后的数据长度可以是密文块长度的任意整数倍(但填充的最大长度为255字节),这种方式可以防止基于对报文长度进行分析的攻击。

TLS的主要增强内容

TLS的主要目标是使SSL更安全,并使协议的规范更精确和完善。TLS在SSL v3.0的基础上,提供了以下增强内容:

1)更安全的MAC算法;

2)更严密的警报;

3)灰色区域规范的更明确的定义;

TLS对于安全性的改进

1)对于消息认证使用密钥散列法:TLS使用“消息认证代码的密钥散列法”(HMAC),当记录在开放的网络(如因特网)上传送时,该代码确保记录不会被变更。SSLv3.0还提供键控消息认证,但HMAC比SSLv3.0使用的(消息认证代码)MAC功能更安全。

2)增强的伪随机功能(PRF):PRF生成密钥数据。在TLS中,HMAC定义PRF。PRF使用两种散列算法保证其安全性。如果任一算法暴露了,只要第二种算法未暴露,则数据仍然是安全的。

3)改进的已完成消息验证:TLS和SSLv3.0都对两个端点提供已完成的消息,该消息认证交换的消息没有被变更。然而,TLS将此已完成消息基于PRF和HMAC值之上,这也比SSLv3.0更安全。

4)一致证书处理:与SSLv3.0不同,TLS试图指定必须在TLS之间实现交换的证书类型。

5)特定警报消息:TLS提供更多的特定和附加警报,以指示任一会话端点检测到的问题。TLS还对何时应该发送某些警报进行记录。

 

转载自:http://www.mike.org.cn/articles/ssl-andtsl/2/