TLS握手协议

　　SSL/TLS基础

　　SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层)，及其继任者-传输层安全(Transport Layer Security, TLS)是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。SSL技术最初是由浏览器开发商Netscape公司率先倡导的，开发过SSL3.0之前的版本。目前主导权已转移到IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程任务组)的手中。

　　IETF以SSL3.0为基准，后又制定了TLS1.0、TLS1.1、TLS1.2。TLS以SSL为原型开发的协议，有时会统一称该协议为SSL。当前主流版本是SSL3.0和TLS1.0。

SSL/TLS协议的基本过程：

• 客户端向服务端索要并验证公钥
• 双方协商生成"对话密钥"
• 双方采用"对话密钥"进行加密通信

　　前两步又被称为"握手阶段"(handshake)。握手阶段涉及四次通信，值得注意的是，"握手阶段"的所有通信都是明文的。

　　

• 客户端发出请求(ClientHello)

首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。在这个过程中，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TLS1.0.

　　(2). 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成对话密钥

　　(3). 支持的加密算法

　　(4). 支持的压缩算法

这里需要注意的是，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的原因。

• 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ServerHello。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。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). 确认使用的加密算法，比如RSA公钥加密。

　　(4). 服务器证书。

除了上面的信息，如果服务器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。

• 客户端回应

客户端收到服务器回应后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信任机构颁发、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已过期，就会向访问者显示一个警告，由访问者自行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。用于服务器公钥加密，防止被窃听

(2). 编码改动通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密算法和密钥发送

(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

第一项中的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称为"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"。

对于握手阶段的三个随机数来生成会话密钥，可参考dog250的解释：

不管是客户端还是服务器，都需要随机数，这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的，因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。

对于RSA密钥交换算法来说，pre-master-key本身就是一个随机数，再加上hello消息中的随机，三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。

pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数，如果随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了，因此必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能完全不随机，可是是三个伪随机就十分接近随机了，每增加一个自由度，随机性增加的可不是一。

• 服务器最后回应

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，向客户端最后发送如下消息：

　　(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TLS握手阶段全部结束，接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。

更多信息，请参考：

微软文档

The Transport Layer Security (TLS) Protocol v1.2

SSL/TLS协议运行机制的概述

The First Few Milliseconds of an HTTPS Connection