CA加密,網(wǎng)絡(luò)安全HTTPS SSL-安全傳輸協(xié)議SSL和TLS及WTLS的原理

1、CA加密,網(wǎng)絡(luò)安全HTTPS SSL -安全傳輸協(xié)議SSL和TLS及WTLS的原理一、首先要澄清一下名字的混淆1.SSL(Secure Socket Layer)是Netscape公司設(shè)計(jì)的主要用于WEB的安全傳輸協(xié)議。這種協(xié)議在WEB上獲得了廣泛的應(yīng)用。3.在WAP的環(huán)境下，由于手機(jī)及手持設(shè)備的處理和存儲(chǔ)能力有限，Wap論壇在TLS的基礎(chǔ)上做了簡化，提出了WTLS協(xié)議（Wireless Transport Layer Security），以適應(yīng)無線的特殊環(huán)境。我們從各式各樣的文章中得知，SSL可以用于保密的傳輸，這樣我們與Web Server之間傳輸?shù)南⒈闶恰鞍踩摹薄?而這種“安全”究竟

2、是怎么實(shí)現(xiàn)的，最終有能實(shí)現(xiàn)多大程度的保密？本文希望能用通俗的語言闡明其實(shí)現(xiàn)原理。二、整體結(jié)構(gòu)概覽SSL是一個(gè)介于HTTP協(xié)議與TCP之間的一個(gè)可選層，其位置大致如下： | HTTP | | SSL | | TCP | | IP | 如果利用SSL協(xié)議來訪問網(wǎng)頁，其步驟如下：HTTP層：將用戶需求翻譯成HTTP請求，如 GET /index.htm HTTP/1.1 Host SSL層：借助下層協(xié)議的的信道安全的協(xié)商出一份加密密鑰，并用此密鑰來加密HTTP請求。TCP層：與web server的443端口建立連接，傳遞SSL處理后的數(shù)據(jù)。接收端與此過程相反。SSL在TCP之上建立了一個(gè)加密通道，

3、通過這一層的數(shù)據(jù)經(jīng)過了加密，因此達(dá)到保密的效果。SSL協(xié)議分為兩部分：Handshake Protocol和Record Protocol,。其中Handshake Protocol用來協(xié)商密鑰，協(xié)議的大部分內(nèi)容就是通信雙方如何利用它來安全的協(xié)商出一份密鑰。 Record Protocol則定義了傳輸?shù)母袷?。三、需要的加密方面的基礎(chǔ)知識了解SSL原理需要一點(diǎn)點(diǎn)加密的概念，這里把需要的概念做一下簡單闡述：加密一般分為三類，對稱加密，非對稱加密及單向散列函數(shù)。對稱加密：又分分組密碼和序列密碼。分組密碼是將明文按一定的位長分組，明文組經(jīng)過加密運(yùn)算得到密文組，密文組經(jīng)過解密運(yùn)算（加密運(yùn)算的逆運(yùn)算），還

4、原成明文組。序列密碼是指利用少量的密鑰（制亂元素）通過某種復(fù)雜的運(yùn)算（密碼算法）產(chǎn)生大量的偽隨機(jī)位流，用于對明文位流的加密。解密是指用同樣的密鑰和密碼算法及與加密相同的偽隨機(jī)位流，用以還原明文位流。CBC(Cipher Block Chaining)模式這個(gè)詞在分組密碼中經(jīng)常會(huì)用到，它是指一個(gè)明文分組在被加密之前要與前一個(gè)的密文分組進(jìn)行異或運(yùn)算。當(dāng)加密算法用于此模式的時(shí)候除密鑰外，還需協(xié)商一個(gè)初始化向量（IV），這個(gè)IV沒有實(shí)際意義，只是在第一次計(jì)算的時(shí)候需要用到而已。采用這種模式的話安全性會(huì)有所提高。分組密碼的典型例子為DES、RC5、IDEA。序列密碼的典型例子為RC4。公鑰加密：簡單的說

5、就是加密密鑰與解密密鑰不同，分私鑰和公鑰。這種方法大多用于密鑰交換，RSA便是一個(gè)我們熟知的例子。還有一個(gè)常用的稱作DH，它只能用于密鑰交換，不能用來加密。單向散列函數(shù)：由于信道本身的干擾和人為的破壞，接受到的信息可能與原來發(fā)出的信息不同，一個(gè)通用的辦法就是加入校驗(yàn)碼。單向散列函數(shù)便可用于此用途，一個(gè)典型的例子是我們熟知的MD5,它產(chǎn)生128位的摘要，在現(xiàn)實(shí)中用的更多的是安全散列算法（SHA），SHA的早期版本存在問題，目前用的實(shí)際是SHA1，它可以產(chǎn)生160位的摘要，因此比128位散列更能有效抵抗窮舉攻擊。由于單向散列的算法都是公開的，所以其它人可以先改動(dòng)原文，再生成另外一份摘要。解決這個(gè)問

6、題的辦法可以通過HMAC（RFC 2104）,它包含了一個(gè)密鑰，只有擁有相同密鑰的人才能鑒別這個(gè)散列。四、密鑰協(xié)商過程由于對稱加密的速度比較慢，所以它一般用于密鑰交換，雙方通過公鑰算法協(xié)商出一份密鑰，然后通過對稱加密來通信，當(dāng)然，為了保證數(shù)據(jù)的完整性，在加密前要先經(jīng)過HMAC的處理。SSL缺省只進(jìn)行server端的認(rèn)證，客戶端的認(rèn)證是可選的。以下是其流程圖（摘自TLS協(xié)議）。 Client Server Clienth*llo -> Serverh*llo Certificate* ServerKeyExchange* CertificateRequest* <- Serverh*

7、lloDone Certificate* ClientKeyExchange CertificateVerify* ChangeCipherSpec Finished -> ChangeCipherSpec <- Finished Application Data <-> Application Data簡單的說便是：SSL客戶端（也是TCP的客戶端）在TCP鏈接建立之后，發(fā)出一個(gè)Clienth*llo來發(fā)起握手，這個(gè)消息里面包含了自己可實(shí)現(xiàn)的算法列表和其它一些需要的消息，SSL的服務(wù)器端會(huì)回應(yīng)一個(gè)Serverh*llo，這里面確定了這次通信所需要的算法，然后發(fā)過去自己

8、的證書（里面包含了身份和自己的公鑰）。Client在收到這個(gè)消息后會(huì)生成一個(gè)秘密消息，用SSL服務(wù)器的公鑰加密后傳過去，SSL服務(wù)器端用自己的私鑰解密后，會(huì)話密鑰協(xié)商成功，雙方可以用同一份會(huì)話密鑰來通信了。五、密鑰協(xié)商的形象化比喻如果上面的說明不夠清晰，這里我們用個(gè)形象的比喻，我們假設(shè)A與B通信，A是SSL客戶端，B是SSL服務(wù)器端，加密后的消息放在方括號里，以突出明文消息的區(qū)別。雙方的處理動(dòng)作的說明用圓括號（）括起。A：我想和你安全的通話，我這里的對稱加密算法有DES,RC5,密鑰交換算法有RSA和DH，摘要算法有MD5和SHA。B：我們用DESRSASHA這對組合好了。這是我的證書，里面有

9、我的名字和公鑰，你拿去驗(yàn)證一下我的身份（把證書發(fā)給A）。目前沒有別的可說的了。A：（查看證書上B的名字是否無誤，并通過手頭早已有的CA的證書驗(yàn)證了B的證書的真實(shí)性，如果其中一項(xiàng)有誤，發(fā)出警告并斷開連接，這一步保證了B的公鑰的真實(shí)性）（產(chǎn)生一份秘密消息，這份秘密消息處理后將用作加密密鑰，加密初始化向量和hmac的密鑰。將這份秘密消息-協(xié)議中稱為per_master_secret-用B的公鑰加密，封裝成稱作ClientKeyExchange的消息。由于用了B的公鑰，保證了第三方無法竊聽）我生成了一份秘密消息，并用你的公鑰加密了，給你（把ClientKeyExchange發(fā)給B）注意，下面我就要用加

10、密的辦法給你發(fā)消息了?。▽⒚孛芟⑦M(jìn)行處理，生成加密密鑰，加密初始化向量和hmac的密鑰）我說完了B：（用自己的私鑰將ClientKeyExchange中的秘密消息解密出來，然后將秘密消息進(jìn)行處理，生成加密密鑰，加密初始化向量和hmac的密鑰，這時(shí)雙方已經(jīng)安全的協(xié)商出一套加密辦法了）注意，我也要開始用加密的辦法給你發(fā)消息了！我說完了A: 我的秘密是.B: 其它人不會(huì)聽到的.六、加密的計(jì)算上一步講了密鑰的協(xié)商，但是還沒有闡明是如何利用加密密鑰，加密初始化向量和hmac的密鑰來加密消息的。其實(shí)其過程不過如此：1 借助hmac的密鑰，對明文的消息做安全的摘要處理，然后和明文放到一起。2 借助加密密鑰

11、，加密初始化向量加密上面的消息。七、安全性SecurityPortal在2000年底有一份文章The End of SSL and SSH?激起了很多的討論，目前也有一些成熟的工具如dsniff可以通過man in the middle攻擊來截獲https的消息。從上面的原理可知，SSL的結(jié)構(gòu)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，問題一般出現(xiàn)在實(shí)際不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽?yīng)用中。常見的攻擊就是middle in the middle攻擊，它是指在A和B通信的同時(shí)，有第三方C處于信道的中間，可以完全聽到A與B通信的消息，并可攔截，替換和添加這些消息。1 SSL可以允許多種密鑰交換算法，而有些算法，如DH，沒有證書的概念，這樣A便無法驗(yàn)證B

12、的公鑰和身份的真實(shí)性，從而C可以輕易的冒充，用自己的密鑰與雙方通信，從而竊聽到別人談話的內(nèi)容。而為了防止middle in the middle攻擊，應(yīng)該采用有證書的密鑰交換算法。2 有了證書以后，如果C用自己的證書替換掉原有的證書之后，A的瀏覽器會(huì)彈出一個(gè)警告框進(jìn)行警告，但又有多少人會(huì)注意這個(gè)警告呢？3 由于美國密碼出口的限制，IE，netscape等瀏覽器所支持的加密強(qiáng)度是很弱的，如果只采用瀏覽器自帶的加密功能的話，理論上存在被破解可能。八、代理 CONNECT :443 HTTP/1.1 Host: :443然后proxy會(huì)向webserver端建立tcp連接,之后，這個(gè)代理便完全成了個(gè)

13、內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)裝置。瀏覽器與web server會(huì)建立一個(gè)安全通道，因此這個(gè)安全通道是端到端的，盡管所有的信息流過了proxy，但其內(nèi)容proxy是無法解密和改動(dòng)的（當(dāng)然要由證書的支持，否則這個(gè)地方便是個(gè)man in the middle攻擊的好場所，見上面的討論）。 九、關(guān)于證書注意，如果對于一般的應(yīng)用，管理員只需生成“證書請求”（后綴大多為.csr），它包含你的名字和公鑰，然后把這份請求交給諸如verisign等有CA服務(wù)公司（當(dāng)然，連同幾百美金），你的證書請求經(jīng)驗(yàn)證后，CA用它的私鑰簽名，形成正式的證書發(fā)還給你。管理員再在web server上導(dǎo)入這個(gè)證書就行了。如果你不想花那筆錢，或者想了解

14、一下原理，可以自己做CA。從ca的角度講，你需要CA的私鑰和公鑰。從想要證書的服務(wù)器角度將，需要把服務(wù)器的證書請求交給CA。如果你要自己做CA，別忘了客戶端需要導(dǎo)入CA的證書（CA的證書是自簽名的，導(dǎo)入它意味著你“信任”這個(gè)CA簽署的證書）。而商業(yè)CA的一般不用，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)內(nèi)置在你的瀏覽器中了。十、Wtls在WAP的環(huán)境中，也有安全加密的需求，因此wapforum參照在WWW世界里最為流行的SSL協(xié)議設(shè)計(jì)了WTLS.從原理上說，這份協(xié)議與SSL是基本相同的，但在具體的地方作了許多改動(dòng)。這些改動(dòng)的大多沒有什么技術(shù)上的需要，而是由于考慮到手持設(shè)備運(yùn)算與存儲(chǔ)的局限而盡量做了簡化。不過我的感覺是這些改動(dòng)意義實(shí)在不大，其獲得的計(jì)算和存儲(chǔ)上節(jié)省出來的時(shí)間和空間并不多。在硬件速度突飛猛進(jìn)的時(shí)代，這種改動(dòng)能獲得的好處也許并不很多（一個(gè)新的協(xié)議便需要大量新的投入，而且與原有體制并不兼容）。這里我簡單舉一些SSL與WTLS的差別。1.WTLS在一般udp這類不可靠信道之上工作，因此每個(gè)消息里要有序列號，協(xié)議里也要靠它來處理丟包，重復(fù)等情況。此外，拒絕服務(wù)攻擊也因此變得更加容易。2.WTLS建立的安全連接是在wap網(wǎng)關(guān)和手持設(shè)備之間，wap網(wǎng)關(guān)和web