作用

普通的 HTTP 协议是不加密的通信,所有信息明文传播,所以有以下风险:

  • 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容;
  • 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容;
  • 冒充风险(pretending):第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS 协议则是为了解决以上安全问题而设计的:

  • 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听;
  • 具有校验机制,一旦被篡改,通信双方会立刻发现 k
  • 配备身份证书,防止身份被冒充。

基本运行过程

SSL/TLS 协议的基本思路是采用公钥加密法: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? 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? 每一个 session,客户端和服务器端都生成一个 session key 用来加密信息。由于 session key 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 session key 本身,这样就减少了加密运算的消耗时间。

过程:

  1. 客户端向服务器端索要并验证公钥
  2. 双方协商生成 session key
  3. 双方采用 session key 进行加密通信

上面过程的前两步,又称为”握手阶段”(handshake)

握手过程

  1. 客户端发出请求(ClientHello) 客户端先向服务器发出加密通信的请求,这被叫做 ClientHello 请求。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

    注意,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。

  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:

       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

    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。

  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。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”。

  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。