[转]SSL工作原理

公钥和私钥

一直以来对公钥和私钥都理解得不是很透彻,感觉到模棱两可。今天在网上找了半天,通过查看对这个密钥对的理解,总算弄清楚了。
公钥和私钥就是俗称的不对称加密方式,是从以前的对称加密(使用用户名与密码)方式的提高。用电子邮件的方式说明一下原理。

使用公钥与私钥的目的就是实现安全的电子邮件,必须实现如下目的:

  1. 我发送给你的内容必须加密,在邮件的传输过程中不能被别人看到。
  2. 必须保证是我发送的邮件,不是别人冒充我的。

要达到这样的目标必须发送邮件的两人都有公钥和私钥。

  • 公钥,就是给大家用的,你可以通过电子邮件发布,可以通过网站让别人下载,公钥其实是用来加密/验章用的。
  • 私钥,就是自己的,必须非常小心保存,最好加上 密码,私钥是用来解密/签章,首先就Key的所有权来说,私钥只有个人拥有。

公钥与私钥的作用是:用公钥加密的内容只能用私钥解密,用私钥加密的内容只能 用公钥解密。

比如说,我要给你发送一个加密的邮件。首先,我必须拥有你的公钥,你也必须拥有我的公钥。
首先,我用你的公钥给这个邮件加密,这样就保证这个邮件不被别人看到,而且保证这个邮件在传送过程中没有被修改。你收到邮件后,用你的私钥就可以解密,就能看到内容。
其次,我用我的私钥给这个邮件加密,发送到你手里后,你可以用我的公钥解密。因为私钥只有我手里有,这样就保证了这个邮件是我发送的。

当A->B资料时,A会使用B的公钥加密,这样才能确保只有B能解开,否则普罗大众都能解开加密的讯息,就是去了资料的保密性。验证方面则是使用签 验章的机制,A传资料给大家时,会以自己的私钥做签章,如此所有收到讯息的人都可以用A的公钥进行验章,便可确认讯息是由 A 发出来的了。

数字证书的原理

数字证书采用公钥体制,即利用一对互相匹配的密钥进行加密、解密。每个用户自己设定一把特定的仅为本人所知的私有密钥(私钥),用它进行解密和签名;同时 设定一把公共密钥(公钥)并由本人公开,为一组用户所共享,用于加密和验证签名。当发送一份保密文件时,发送方使用接收方的公钥对数据加密,而接收方则使 用自己的私钥解密,这样信息就可以安全无误地到达目的地了。通过数字的手段保证加密过程是一个不可逆过程,即只有用私有密钥才能解密. 在公开密钥密码体制中,常用的一种是RSA体制。
用户也可以采用自己的私钥对信息加以处理,由于密钥仅为本人所有,这样就产生了别人无法生成的文件,也就形成了数字签名。采用数字签名,能够确认以下两点:

  1. 保证信息是由签名者自己签名发送的,签名者不能否认或难以否认;
  2. 保证信息自签发后到收到为止未曾作过任何修改,签发的文件是真实文件。

SSL

SSL 是一个安全协议,它提供使用 TCP/IP 的通信应用程序间的隐私与完整性。因特网的 超文本传输协议 (HTTP)使用 SSL 来实现安全的通信。

在客户端与服务器间传输的数据是通过使用对称算法(如 DES 或 RC4)进行加密的。公用密钥算法(通常为 RSA)是用来获得加密密钥交换和数字签名的,此算法使用服务器的SSL数字证书中的公用密钥。有了服务器的SSL数字证书,客户端也可以验证服务器的身 份。SSL 协议的版本 1 和 2 只提供服务器认证。版本 3 添加了客户端认证,此认证同时需要客户端和服务器的数字证书。

SSL 握手

SSL 连接总是由客户端启动的。在SSL 会话开始时执行 SSL 握手。此握手产生会话的密码参数。关于如何处理 SSL 握手的简单概述,如下图所示。此示例假设已在 Web 浏览器 和 Web 服务器间建立了 SSL 连接。



  1. 客户端发送列出客户端密码能力的客户端“您好”消息(以客户端首选项顺序排序),如 SSL 的版本、客户端支持的密码对和客户端支持的数据压缩方法。消息也包含 28 字节的随机数。

  2. 服务器以服务器“您好”消息响应,此消息包含密码方法(密码对)和由服务器选择的数据压缩方法,以及会话标识和另一个随机数。
    注意:客户端和服务器至少必须支持一个公共密码对,否则握手失败。服务器一般选择最大的公共密码对。

  3. 服务器发送其SSL数字证书。(服务器使用带有 SSL 的 X.509 V3 数字证书。)
    如果服务器使用 SSL V3,而服务器应用程序(如 Web 服务器)需要数字证书进行客户端认证,则客户端会发出“数字证书请求”消息。在 “数字证书请求”消息中,服务器发出支持的客户端数字证书类型的列表和可接受的CA的名称。

  4. 服务器发出服务器“您好完成”消息并等待客户端响应。

  5. 一接到服务器“您好完成”消息,客户端( Web 浏览器)将验证服务器的SSL数字证书的有效性并检查服务器的“你好”消息参数是否可以接受。
    如果服务器请求客户端数字证书,客户端将发送其数字证书;或者,如果没有合适的数字证书是可用的,客户端将发送“没有数字证书”警告。此警告仅仅是警告而已,但如果客户端数字证书认证是强制性的话,服务器应用程序将会使会话失败。

  6. 客户端发送“客户端密钥交换”消息。
    此消息包含 pre-master secret (一个用在对称加密密钥生成中的 46 字节的随机数字),和 消息认证代码 ( MAC )密钥(用服务器的公用密钥加密的)。
    如果客户端发送客户端数字证书给服务器,客户端将发出签有客户端的专用密钥的“数字证书验证”消息。通过验证此消息的签名,服务器可以显示验证客户端数字证书的所有权。
    注意:如果服务器没有属于数字证书的专用密钥,它将无法解密 pre-master 密码,也无法创建对称加密算法的正确密钥,且握手将失败。

  7. 客户端使用一系列加密运算将 pre-master secret 转化为 master secret ,其中将派生出所有用于加密和消息认证的密钥。然后,客户端发出“更改密码规范” 消息将服务器转换为新协商的密码对。客户端发出的下一个消息(“未完成”的消息)为用此密码方法和密钥加密的第一条消息。

  8. 服务器以自己的“更改密码规范”和“已完成”消息响应。

  9. SSL 握手结束,且可以发送加密的应用程序数据。

SSL单向双向认证

单向认证:客户端向服务器发送消息,服务器接到消息后,用服务器端的密钥库中的私钥对数据进行加密,然后把加密后的数据和服务器端的公钥一起发送到客户端,客户端用服务器发送来的公钥对数据解密,然后在用传到客户端的服务器公钥对数据加密传给服务器端,服务器用私钥对数据进行解密,这就完成了客户端和服务器之间通信的安全问题,但是单向认证没有验证客户端的合法性。

双向认证:客户端向服务器发送消息,首先把消息用客户端证书加密然后连同时把客户端证书一起发送到服务器端,服务器接到消息后用首先用客户端证书把消息解密,然后用服务器私钥把消息加密,把服务器证书和消息一起发送到客户端,客户端用发来的服务器证书对消息进行解密,然后用服务器的证书对消息加密,然后在用客户端的证书对消息在进行一次加密,连同加密消息和客户端证书一起发送到服务器端,到服务器端首先用客户端传来的证书对消息进行解密,确保消息是这个客户发来的,然后用服务器端的私钥对消息在进行解密这个便得到了明文数据。

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