TLS协商

hahala2333
6 阅读3分钟

  • TLS 握手过程：
    在 TLS 握手中，客户端和服务器协商出共同的加密算法和密钥，从而建立安全通信连接。握手过程通常包括 ClientHello、ServerHello、证书交换、密钥交换、Change Cipher Spec 和 Finished 消息的交换。

  • 密钥交换方式：

    • RSA 密钥交换：
      客户端直接利用服务器证书中的 RSA 公钥加密 Pre-Master Secret 发送给服务器，不需要额外传递密钥交换参数，因此不需要发送 ServerKeyExchange 消息。
    • 临时密钥交换（Ephemeral Key Exchange，如 DHE/ECDHE）：
      每次握手都会使用一次性的临时密钥参数，能够实现前向安全性（即使将来服务器私钥泄露，也无法解密以前的通信）。在这种方式中，服务器必须通过 ServerKeyExchange 消息提供临时的公钥参数和签名，供客户端进行 Diffie-Hellman 运算，共同生成共享密钥。

  • Finished 消息 是 TLS 握手过程中的最后一步，起到了至关重要的验证作用。其主要特点和作用包括：

    • 完整性验证
      Finished 消息包含了一个经过加密的摘要（或称为“验证数据”），该摘要是基于整个握手过程中交换的所有消息计算出来的。
      这可以确保整个握手过程中的信息未被篡改，双方都基于相同的握手记录生成了相同的摘要。

    • 使用新密钥加密
      Finished 消息是在双方发送 Change Cipher Spec 消息之后，用新协商的加密密钥进行加密的。这保证了消息本身的安全性，并确认双方已经切换到新加密状态。

    • 握手完成标志
      当客户端和服务器成功交换并验证 Finished 消息后，TLS 握手过程就被认为是完整且安全的。接下来，双方可以开始使用协商好的密钥加密实际的应用数据。

    简而言之，Finished 消息是一个用来确认 TLS 握手期间所有协商和交换的数据都已正确且安全传输的验证信号。

sequenceDiagram
    participant C as 客户端
    participant S as 服务器
    participant CA as 证书颁发机构 (CA)
    
    Note over C,S: <b>1. ClientHello</b>
    C->>S: ClientHello<br/>（TLS 版本、加密套件、Client Random 等）
    
    Note over S,C: <b>2. ServerHello + 证书</b>
    S->>C: ServerHello<br/>（选定的TLS版本、加密套件、Server Random 等）
    S->>C: 服务器证书 (Certificate)
    alt 需要临时密钥交换 (如 ECDHE)
        S->>C: ServerKeyExchange
    end
    S->>C: ServerHelloDone
    
    Note over C,CA: <b>3. 验证服务器证书</b>
    C->>CA: 使用根证书验证服务器证书的合法性
    CA-->>C: 验证结果
    
    Note over C,S: <b>4. ClientKeyExchange</b>
    C->>S: ClientKeyExchange<br/>（用服务器公钥加密的 Pre-Master Secret）
    
    Note over C,S: <b>5. Change Cipher Spec & Finished（客户端）</b>
    C->>S: ChangeCipherSpec<br/>（通知服务器切换到新协商好的加密参数）
    C->>S: Finished<br/>（用新密钥加密的握手校验消息）
    
    Note over S,C: <b>6. Change Cipher Spec & Finished（服务器）</b>
    S->>C: ChangeCipherSpec
    S->>C: Finished
    
    Note over C,S: <b>7. 握手完成，开始安全通信</b>
    C-->>S: <b>后续应用数据</b>（使用对称密钥加密）

流程要点

  1. ClientHello

    • 客户端发送支持的 TLS 版本、加密套件列表、客户端随机数（Client Random）等信息给服务器。

  2. ServerHello + 服务器证书

    • 服务器从客户端支持的选项中选出一个加密套件和 TLS 版本，返回 ServerHello（包括服务器随机数），并附上服务器证书。
    • 如果使用临时密钥交换（如 ECDHE），会额外发送 ServerKeyExchange 消息。
    • 服务器以 ServerHelloDone 表示初步协商完成。

  3. 验证服务器证书

    • 客户端使用本地或系统内置的 CA 根证书来验证服务器证书的合法性和有效期、域名匹配等。

  4. ClientKeyExchange

    • 客户端生成 Pre-Master Secret，并使用服务器公钥（或临时密钥交换信息）加密后发送给服务器。 或通过双方 Diffie-Hellman 运算生成的临时密钥数据。
    • 客户端与服务器随后根据两端的随机数 (Client Random、Server Random) 和 Pre-Master Secret 共同派生出对称密钥。

  5. Change Cipher Spec & Finished（客户端）

    • 客户端发送 ChangeCipherSpec（一种“状态切换”信号，表示发送方已经切换到新的加密状态），告诉服务器后续数据将使用协商好的对称加密。
    • 紧接着发送 Finished 消息，用新协商的密钥加密，验证握手过程的完整性。

  6. Change Cipher Spec & Finished（服务器）

    • 服务器也发送 ChangeCipherSpec 切换到新加密方式。
    • 然后发送 Finished 消息，完成服务器端的握手确认。

  7. 握手完成

    • 双方成功交换并验证 Finished 消息后，TLS 握手正式结束。
    • 之后客户端与服务器使用相同的对称密钥进行加密通信，实现机密性与完整性保护。
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