SSL/TLS

SSL/TLS

目录

• SSL/TLS
  • SSL/TLS的工作
  • SSL/TLS可以保护其他协议
  • 密码套件
• SSL和TLS的区别
  • 使用SSL/TLS进行通信
    • 层次化的协议
    • 握手协议
    • 主密码
    • TLS中使用的密码技术小结
  • 对SSl/TLS的攻击

SSL/TLS的工作

1. Alice的信用卡号和地址在发送到Bob书店的过程中不能被窃听（保密性）——对称密码、Diffie-Hellman密钥交换
2. Alice的信用卡号和地址在发送到Bob书店的过程中不能被篡改（完整性）——消息认证码
3. 确认通信对方的web服务器是真正的Bob书店（身份认证）——数字签名

SSL/TLS可以保护其他协议

密码套件

SSl/TLS提供了一种密码通信的框架，这意味着SSL/TLS中使用的对称密码、公钥密码、数字签名、单向散列函数等技术，都可以像零件一样被替换。

SSL和TLS的区别

• SSL（Secure Socket Layer，安全套接层）SSL3.0已经不安全了
• TLS（Transport Layer Secure，传输层安全）在SSL3.0基础上设计的，目前使用TLS1.1和TLS1.2，其中TLS1.2新增对GCM、CCM认证加密的支持，此外还新增了HMAC-SHA256，并删除了IDEA和DES，将伪随机函数（PRF）改为基于SHA-256来实现

使用SSL/TLS进行通信

层次化的协议

TLS协议是由TLS记录协议和TLS握手协议两层协议叠加而成的

• TLS记录协议（TLS record protocol）负责进行加密
  • 使用了对称密码和消息认证码
    1. 消息被分割成多个较短的片段，对每个片段进行压缩
    2. 对经过压缩的数据加上消息认证码，保证完整性，对数据进行认证。通过附加消息认证码的MAC值，可以识别篡改。为了防止重放攻击，在计算消息认证码是，还加上了片段的编号。单向散列函数的算法，以及消息认证码所使用的共享密钥都需要与通信对象协商决定
    3. 经过压缩的片段再加上消息认证码会一起通过对称密码进行加密。加密使用CBC模式，CBC模式的初始化向量（IV）通过主密码（master secret）生成，而对称密码的算法以及共享密钥需要与通信对象协商决定
    4. 上述经过加密的数据再加上数据类型。版本号、压缩后的长度组成的报头就是最终的报文数据。其中，数据类型为TLS记录协议所承载的四个子协议的其中之一

• TLS握手协议（TLS handshake protocol）负责除加密意外的其他各种操作
  • 握手协议
    • 决定算法和共享密钥
  • 密码规格变更协议
    • 传达改变密码的信号
  • 警告协议
    • 传达错误
  • 应用数据协议
    • 将TLS上承载的应用数据传达给通信对象的协议

握手协议

1. ClientHello（客户端->服务器）
   • 可用的版本号
   • 当前时间
   • 客户端随机数
   • 会话ID
   • 可用的密码套件清单
   • 可用的压缩方式清单
2. SeverHello（客户端<-服务器）
   • 使用的版本号
   • 当前时间
   • 服务器随机数
   • 会话ID
   • 使用的密码套件
   • 使用的压缩方式
3. Certificate（客户端<-服务器）
   • 证书清单
4. SeverKeyExchange（客户端<-服务器）
5. CertificateRequest（客户端<-服务器）
   • 服务器能够理解的证书类型清单
   • 服务器能够理解的认证机构名称清单
6. SeverHelloDone（客户端<-服务器）
7. Certificate（客户端->服务器）
8. ClientKeyExchange（客户端->服务器）
   • 对称密码的密钥
   • 消息认证码的密码
   • 对称密码的CBC模式中使用的初始化向量IV
9. CertificateVerify（客户端->服务器）
10. ChangeCipherSpec（客户端->服务器）
11. Finished（客户端->服务器）
12. ChangeCipherSpec（客户端<-服务器）
13. Finished（客户端<-服务器）
14. 切换至应用数据协议
    • 客户端获得了服务器的合法公钥，完成了服务器认证
    • 服务器获得了客户端的合法公钥，完成了客户端认证（当需要客户端认证时）
    • 客户端和服务器生成了密码通信中使用的共享密钥
    • 客户端和服务器生成了消息认证码中使用的共享密钥

主密码

主密码是TLS客户端和服务器之间协商出来的一个秘密的数值。这个数值非常重要，TLS密码通信的机密性和数据的认证全部依靠这个数值。主密码是一个48bytes（384bits）的数值。

• 主密码的计算
  • 预备主密码
  • 客户端随机数
  • 服务器随机数

• 主密码的目的
  • 对称密码的密钥（客户端->服务器）
  • 对称密码的密钥（客户端<-服务器）
  • 消息认证码的密钥（客户端->服务器）
  • 消息认证码的密钥（客户端<-服务器）
  • 对称密码的CBC模式所使用的初始化向量（客户端->服务器）
  • 对称密码的CBC模式所使用的初始化向量（客户端<-服务器）

TLS中使用的密码技术小结

对SSl/TLS的攻击

• 对各个密码技术的攻击
• OpenSSL的心脏出血漏洞
• SSL3.0的漏洞与POODLE攻击
• FREAK攻击与密码产品出口管制
• 对伪随机数生成器的攻击
• 利用证书的时间差进行攻击