流程比较长,需要点耐心读下去。^_^

HTTPS、TLS、SSL之间的关系

HTTP协议是明文传输,在网络传输过程中不能保证机密性(机密性——确保信息不被非法获取),于是HTTPS协议在HTTP的基础上加入了TLS(Transport Layer Security);

HTTPS = HTTP + TLS

TLS是一种保障数据传输安全的一种技术(方案),它规定了如何为网络中传输的数据进行加密和解密。

TLS和SSL和OpenSSL的关系:

  • 可以简单的理解为:TLS = SSL

想知道TLS和SSL的关系,先看看他们的历史:

  • 过去人们遇到数据传输安全问题,网景公司设计SSL协议(Secure Sockets Layer安全套接字层),主要用于Web的安全传输,这种协议在Web上获得了广泛的应用;

  • 网景公司后来将SSL贡献给 IETF 组织,并最终重命名为 TLS。所以SSL是TLS前身,是一种继承关系;

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  • ...
    TLS/SSL方案的历史版本,都被发现了设计缺陷,于是被禁用,并升级了协议。现在要是还有人在使用历史版本的TLS/SSL,说明存在风险。

SSL和OpenSSL的关系?

  • SSL是一套技术方案;
  • OpenSSL是一个加解密的工具包。

冷知识:
除了HTTPS外,TLS可以被应用于任何基于TCP/IP协议的上层协议或应用程序,如SFTP协议、SMTP协议、数据库间通信加密等等。

TLS具体是怎么确保在网络中通信安全?
下文将描述客户端和服务端两个角色,他们对话的过程,以及其中怎么确保传输内容的机密性。从不安全的方案开始设计,逐渐演化成安全的方案。那么从第一个问题开始讲起,TLS怎么保证数据在传输中的机密性?

下面来看 TLS 1.3 的握手流程:

对称加密

TLS采用了AES这样的对称加密算法去加密数据,然后在网络中传输加密过的数据,即使被中间人拦截,中间人没有密钥,也无法解密。这样就解决了数据被中间人拦截问题。
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什么是对称加密?
对称加密是指通讯双方根据协商好的算法,生成一个唯一的密钥,该密钥将同时运用于对数据进行加密、解密操作。

对称加密的关键,加密/解密的双方都需要有相同的密钥。问题是,Client和Server都没有见过面,怎么能有一把相同的密钥呢?

下面是双方协商出来一个会话密钥过程:
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预主密钥:
通过生成的一串随机字符串,生成一个预主密钥,这个预主秘钥的作用是用来生成会话密钥。

会话密钥:
你和网站之间的每一次会话,都需要一把密钥,每次会话的都是有时间期限的,这样有期限的密钥称为会话密钥。

有了会话密钥,通讯双方就可以使用这个会话密钥对数据进行加密、解密了。

【这个预主秘钥和会话密钥的生成过程是 ECDHE 算法,ECDHE 算法不是本文的核心,先大致知道流程就行。】

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虽然对称加密解决了数据加密的问题,但如何确保预主秘钥能够安全的传输给服务器端,则成了当前最大的难题。

因为在传输过程中,一旦被中间拦截,预主秘钥的泄露,中间人则可以创建出和客户端相同的会话密钥,最终导致后续的所有数据都被破解的风险。

为了将预主秘钥能安全的传输到对方,TLS引入了另一种加密技术非对称加密。通过非对称加密的方式来传输预主秘钥。

非对称加密

什么是非对称加密?
与对称加密不同的是,非对称加密包含两个不同的密钥,公钥和私钥;

公钥用于加密,
私钥用于解密,
公钥对外公开,任何都可以随意获取,
而私钥则必须保证其安全性,只有拥有者自己才能知道。

将非对称加密这一过程运用到TLS中,流程如下:
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首先,Server生成一对公私密钥对,
与对称加密过程一样,客户端和服务器端首先协商好TLS版本,加密算法等,
Server还会把公钥发送给客户端,
客户端在生成预主秘钥之后,
使用公钥加密成密文,
再把密文传递回去给Server,
Server使用私钥解密,得到预主秘钥。
双方基于预主秘钥,得到一把相同的会话密钥。

以上看似很美好,但其实,还存在一个重大的安全隐患!

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你以为的公钥,难道真的是Server发给你的?
如果在一开始,你的通话就被中间人拦截,公钥是黑客生成的,然后传递给你的,那么后续的一系列步骤都是不安全的。

为了解决这个公钥是谁的公钥的问题?
需要引入了证书机制。
那么对应的,Client不需要公钥,而是需要Server的证书。

【PKI 不是本篇的重点,先了解大致节点即可。】

数字证书

数字证书 - Digital Certification , 下文简称证书。

什么是证书?
证书由证书颁发机构 Certificate Authority(简称 CA)所签发。
功能是:唯一标识一个站点的身份信息。

简而言之:
证书就是一个网站的身份证,用来帮助用户鉴别一个网站的真伪。

我们主要关注:

  • 证书是如何唯一标识网站身份?
  • 客户端收到证书后,又是如何验证身份的?

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CA 签发证书的过程:

  1. 首先 CA 收到站点申请者的CSR(Certificate Secure Request)证书请求文件,文件包含申请者的公钥、颁发者、有效时间等信息打成一个包,然后对这些信息进行 Hash 计算,得到一个 Hash 值;

  2. 然后 CA 会使用自己的私钥对该 Hash 值加密,生成 Certificate Signature;

  3. 最后将 Certificate Signature 附在在文件证书的最后,形成数字证书;

客户端校验服务端的数字证书的过程:

  1. 客户端会使用同样的 Hash 算法获取该证书的 Hash 值 H1;

  2. 通常浏览器和操作系统中已经预置各大 CA 的根证书,根证书里面有根CA的公钥,浏览器收到证书后可以使用 CA 的公钥解密 Certificate Signature 内容,得到一个 Hash 值 H2 ;

  3. 最后比较 H1 和 H2,如果值相同,则为可信赖的证书,否则则认为证书不可信。

证书链验证:

  • 如果是中间CA颁发的证书,需要验证整个证书链直到根CA;
  • 确保链中的每个证书都是有效的;

证书的验证过程中,存在一个证书信任链的问题,因为我们向 CA 申请的证书一般不是根证书签发的,而是由中间CA机构的私钥签发的,比如百度的证书,从下图你可以看到,这个案例中的证书层级有三级:

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使用上一层的CA证书的公钥对其进行解密,如果H1和H2完全一致,则说明验签成功,确保该证书是上一层CA所签发的。也说明证书在传输过程中,没有被人截获并篡改其内容。从而确保了证书的完整性,进而实现了证书身份的核实。

其实还有一个问题:
如果安全的获取根CA的公钥呢?
其实这个是个套娃式的追问问题,毕竟很有可能在获取根CA公钥的时候,就被篡改了。
但是,很显然,这个问题在这里就停止了,没有绝对的安全,现在只追求相对的安全,预安装就是这个问题的尽头。每台电脑出厂的时候,都会预安装各大CA根证书,维护根证书库。
我们必须信赖一个预安装的CA根证书,必须有个起点。当需要验证证书签名时,就去系统获取对应的CA根证书即可。

而且现在有很多HSM安全硬件方案了,预安装也是一个相对安全的过程。扯远了...

完整的TLS 1.3 通信流程:
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Reference

【网络】浅析 HTTPS 的 TLS(ECDHE)握手流程(图解)
https://mp.weixin.qq.com/s/kKO9WlgJClHDS_kB9H6c4A

TLS 1.0 至 1.3 握手流程详解
https://www.cnblogs.com/enoc/p/tls-handshake.html

浏览器验证SSL数字证书的步骤
https://blog.yuantops.com/tech/how_do_web_broswer_validate_ssl_certificates/

手工验证一张数字证书的有效性
https://blog.yuantops.com/tech/validate_a_digital_certificate_step_by_step/

带你详细了解TLS、HTTPS以及证书的底层原理-上
https://www.bilibili.com/list/watchlater?oid=1555427198

posted on 2021-09-26 19:54  Mysticbinary  阅读(3151)  评论(4编辑  收藏  举报