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TLS传输层安全是一种用于在不安全网络上实现安全通信的协议。它的前身是SSL安全套接层。TLS通过一系列握手和消息交换过程来建立一个安全的通信通道。以下是TLS握手的基本步骤 TLS 握手过程 1. 客户端HelloClientHello: 客户端向服务器发送一个ClientHello消息该消息包含以下信息 - TLS版本 - 支持的密码套件Cipher Suites - 随机数Client Random - 可选的会话ID用于会话恢复 2. 服务器HelloServerHello: 服务器收到ClientHello后选择一个客户端和服务器都支持的密码套件和TLS版本并发送ServerHello消息。该消息包含 - 选定的TLS版本 - 选定的密码套件 - 随机数Server Random 3. 服务器证书Server Certificate: 服务器发送其数字证书以便客户端可以验证服务器的身份。 4. 密钥交换Key Exchange: 服务器可能会发送一个密钥交换消息取决于选定的密码套件。这通常用于设置预主密钥Pre-Master Secret。为了让客户端将生成的预主密钥加密所以先把公钥传给客户端就是这个过程 在密钥交换过程中服务器的角色取决于所使用的密钥交换算法甚至有些算法可能没有这个过程例如RSA。以下是几种常见的密钥交换方法 Diffie-HellmanDH或椭圆曲线Diffie-HellmanECDH ① 参数和公钥发送ServerKeyExchange: 服务器发送Diffie-Hellman参数对于DH或椭圆曲线参数对于ECDH以及其公钥。 DHE动态Diffie-Hellman或ECDHE椭圆曲线动态Diffie-Hellman ② 参数和公钥发送ServerKeyExchange: 服务器发送新生成的Diffie-Hellman或椭圆曲线参数以及公钥。 5. 服务器Hello完成ServerHelloDone: 服务器发送一个ServerHelloDone消息表示它已完成握手消息的发送。 6. 客户端密钥交换Client Key Exchange: 客户端发送一个密钥交换消息该消息包含预主密钥或足够的信息以便服务器能推导出预主密钥。预主密钥由客户端生成 和第4步类似只不过方向相反当前是否交换要取决于加密算法例如RSA 因为Certificate消息包含服务器的数字证书该证书内嵌有服务器的RSA公钥所以不用key exchange 过程。 客户端密钥交换: 客户端生成一个预主密钥Pre-Master Secret并使用服务器发送到客户端的公钥对其进行加密然后将加密后的预主密钥发送给服务器。这个步骤通常在ClientKeyExchange消息中完成。 后续非客户端密钥交换过程 服务器解密: 服务器使用其私钥解密这个加密过的预主密钥从而获得原始的预主密钥。 生成会话密钥: 服务器和客户端都使用这个预主密钥以及在握手过程中交换的其他随机值来生成实际用于会话加密的主密钥。 7. 更改密码规格Change Cipher Spec: 客户端和服务器都发送一个Change Cipher Spec消息表示之后的通信将使用新协商的加密设置。 更改密码规格的作用 确认加密设置: 在TLS握手过程中客户端和服务器会协商一组加密算法和参数称为“密码套件”。Change Cipher Spec消息表示双方将开始使用这些新协商的设置。 启用加密: 在发送Change Cipher Spec消息后所有后续的通信都将使用新的加密设置。这确保了数据的机密性和完整性。 会话层次: 这一步也标志着新的会话层次的开始即从这一点开始双方将使用新的会话密钥进行通信。 信号状态变更: 这个消息本身通常不加密但它是一个信号表明后续的消息如Finished消息将使用新的加密和完整性检查机制。 发送“Change Cipher Spec”消息一旦双方确认了密码套件和所有必要的密钥材料它们就会发送一个Change Cipher Spec消息。 加密生效收到Change Cipher Spec消息后双方将开始使用新的加密设置。这通常是通过使用先前协商的预主密钥Pre-Master Secret来生成会话密钥然后使用这些会话密钥来加密和解密数据。 8. 完成Finished: 客户端和服务器都发送一个Finished消息该消息使用新的加密设置加密。 9. 应用数据Application Data: 握手完成后客户端和服务器就可以安全地交换应用数据。 密钥生成 - 预主密钥Pre-Master Secret: 在密钥交换阶段生成或交换。 - 主密钥Master Secret: 使用预主密钥和两个随机数Client Random和Server Random生成。 - 会话密钥Session Keys: 从主密钥派生出来用于加密和解密数据。 主密钥通常是对称加密算法的密钥用于加密应用数据。 这只是一个高级概述TLS握手和密钥交换有多种变体取决于使用的密码套件和配置。 二、概念解释
1.client random和server random 在TLS传输层安全握手过程中Client Random和Server Random是两个非常重要的随机数它们有多个用途 密钥生成 1. 生成主密钥Master Secret: Client Random和Server Random与预主密钥Pre-Master Secret一起用于生成主密钥。主密钥是对称加密和解密数据的关键。 2. 生成会话密钥Session Keys: 主密钥进一步用于生成用于加密和解密数据的会话密钥。这些会话密钥也依赖于Client Random和Server Random。 安全性增强 1. 防止重放攻击: 每次握手时都会生成新的Client Random和Server Random这有助于防止重放攻击。 2. 确保唯一性: Client Random和Server Random的唯一性有助于确保每个TLS会话都是唯一的。 3. 增加熵: 这两个随机数增加了系统的熵随机性这是密码系统安全性的关键因素。 协议兼容性 1. 版本协商: 尽管ClientHello和ServerHello消息中包含了协议版本信息但Client Random和Server Random也可以用于确保双方都在使用相同版本的TLS协议。 总体而言Client Random和Server Random在确保通信安全、生成密钥和防止各种攻击方面起着至关重要的作用。它们是TLS安全性的基础组成部分。
