基于ECDHE的TLS握手流程
<!doctype html>3.3 基于ECDHE的TLS握手流程
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#write h1, #write h2, #write h3, #write h4, #write h5, #write h6, #write p { position: relative }
p { line-height: inherit }
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a { cursor: pointer }
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sup.md-footnote a, sup.md-footnote a:hover { color: inherit; text-transform: inherit }
#write input[type="checkbox"] { cursor: pointer; width: inherit; height: inherit }
figure { overflow-x: auto; margin: 1.2em 0; max-width: calc(100% + 16px); padding: 0 }
figure>table { margin: 0 !important }
tr { break-inside: avoid; break-after: auto }
thead { display: table-header-group }
table { border-collapse: collapse; border-spacing: 0; width: 100%; overflow: auto; break-inside: auto; text-align: left }
table.md-table td { min-width: 32px }
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li div { padding-top: 0 }
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li { margin: 0; position: relative }
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code { text-align: left; vertical-align: initial }
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3.3 基于ECDHE的TLS握手流程
上图便是一个基于HTTPS通讯的完整过程,涉及:
- TCP三次握手
- TLS握手
- 加密数据传输
- TCP四次挥手
下面主要着重介绍基于ECDHE的TLS的握手流程。
3.3.1 TLS第一次握手
客户端首先发送一个【ClientHello】消息作为TLS握手的开始。该消息中主要包含:TLS的版本号, 客户端随机数(Client Random), 密钥套件列表以及SessionID信息。
如果报文中的SessionID不为空,则说明客户端想复用此session的密码信息。服务端如果同意则在ServerHello中使用相同的SessionID, 如果不同意则重新生成一个新的SessionID。
这里说一下:密码套件的格式。
TLS的密钥套件不同于IPSec密钥套件。
- IPSec密钥套件中加密算法、哈希算法、认证算法可以互相自由组合,协商的是每一种算法,最后组合成一个密码套件。
- 而TLS则直接协商密码套件,每一种密码套件中密码算法组合是固定的。
TLS密码套件组合方式:
TLS——密钥交换算法——签名算法——WITH——加密算法——摘要算法
其中密钥交换算法和签名算法可以合二为一。
3.3.2 TLS第二次握手
TLS第二次握手报文包含的内容比较多。有时候一个报文包含所有载荷,有时各个载荷单独发送。如果看到单独发送的载荷,莫要奇怪。
第二次握手主要包含了四个载荷:
- Server Hello
- Certificate
- Server Key Exchange
- Server Hello Done
下面分别介绍这四个载荷:
Server Hello载荷内容
Server Hello中的内容与Client Hello中基本一致。包括:TLS版本号, 服务器端的随机数(Server Random), 服务器端想要使用的SessionID,服务器端选择的加密套件。
如果此SessionID与ClientHello中的SessionID相同,则说明服务器同意复用此session; 如果不同则说明需要进行重新协商。我这次抓的报文两者sessionID并不相同,因此需要完整的TLS协商流程。
服务端选择的算法套件是:TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 (0xc030), 它的意思是:
密钥交换算法采用:ECDHE
签名算法采用:RSA
加密算法采用:AES对称算法,密钥长度为256bit, 模式为:GCM。
摘要算法采用:SHA284
服务端证书载荷
证书载荷中可以包含多个证书。一个或者两个比较常见。如果是一个,则是服务端证书;如果是两个,则另一个一般是服务端CA,用来验证服务端证书。
Server Key Exchange
由于采用的是ECDHE进行密钥交换,因此服务端需要将采用的椭圆曲线信息,公共值信息发送给客户端。此外为了防止信息被篡改,服务端使用RSA算法对DH公钥做一个签名。这个Pubkey???
Server Hello Done
最后发送一个ServerHelloDone消息,表明:“这就是Server Hello阶段发送的所有信息,你可以忙活了”。它的报文内容很简单,啥也没有。
握手阶段交互完毕,通过Hello阶段握手,客户端和服务端交换的信息如下:Client Random, Server Random, 使用的椭圆曲线,椭圆曲线公钥。
3.3.3 TLS第三次握手
客户端收到服务端的ServerHello阶段信息后,首先会对服务端的证书进行验证,验证服务端证书可能涉及认证链的问题。如果验证通过,说明当前服务器身份没有问题。如果验证不通过,则会提示相应的错误信息(好像是Bad certificate)。对服务端的身份认证一般情况下是可以设置的,客户端可以选择验证也可以不验证。
服务端验证完毕后,客户端会生成一个随机数,作为ECDHE的临时私钥,并通过服务端在ServerKeyExchange中发送的椭圆曲线参数,计算出自己的ECDHE公钥信息。然后通过ClientKeyExchange发送给服务端。
之后,客户端会根据手里中的信息:Client Random, Server Random, ECDHE协商出的共享密钥,计算出会话密钥(主密钥)。 其他密钥都是在此基础上依次获取的。密钥计算完毕后,发送ChangeCipherSpec消息,通知服务端后续报文采用新协商的安全参数进行安全通讯。
最后发送一个Encrypted Handshake Message消息,把之前所有的握手报文做一个摘要,然后使用协商的对称密钥进行加密发送给服务端。依次来验证双方本次握手协商的安全参数是否可用。
3.3.4 TLS第四次握手
第四次握手与第三次握手非常相似。服务器端收到ClientKeyExchange后,获取到里面的客户端DH算法公钥,计算出ECDHE协商出的共享密钥。 然后在利用手中的Client Random, Server Random, ECDHE协商出的共享密钥计算出会话密钥。最后根据会话密钥依次生成其他密钥。
在此过程中服务端同样会发送ChangeCipherSpec,通知客户端,麻溜采用新协商的安全参数进行通讯,以后发给你的数据全部进行加密。此外服务端同样对所有的握手报文做一个摘要,并进行加密然后给客户端发送一个Encrypted Handshake Message消息,验证客户端是否可以正常解密。
至此, 基于ECDHE的TLS协商完毕。之后双方使用协商出的安全参数进行加密通讯。加密的应用层协议使用TLS Record Layer Protocal进行封装。
参考文档
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