TLS SSL

计算机网络

http://www.techug.com/https-ssl-tls

综述

http://drops.wooyun.org/tips/6002
SSL/TLS协议能够提供的安全目标主要包括如下几个：
认证性——借助数字证书认证服务器端和客户端身份，防止身份伪造
机密性——借助加密防止第三方窃听
完整性——借助消息认证码（MAC）保障数据完整性，防止消息篡改
重放保护——通过使用隐式序列号防止重放攻击

• SSL：（Secure Socket Layer，安全套接字层）
  SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。
  利用数据加密(Encryption)技术，可确保数据在网络上之传输过程中不会被截取
• TLS：安全传输层协议
  TLS：Transport Layer Security
  安全传输层协议（TLS）用于在两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性。该协议由两层组成： TLS 记录协议（TLS Record）和 TLS 握手协议（TLS Handshake）。较低的层为 TLS 记录协议，位于某个可靠的传输协议（例如 TCP）上面，与具体的应用无关，所以，一般把TLS协议归为传输层安全协议。

为了实现这些安全目标，SSL/TLS协议被设计为一个两阶段协议，分为握手阶段和应用阶段：

握手阶段也称协商阶段，在这一阶段，客户端和服务器端会认证对方身份（依赖于PKI体系，利用数字证书进行身份认证），并协商通信中使用的安全参数、密码套件以及MasterSecret。后续通信使用的所有密钥都是通过MasterSecret生成。
在握手阶段完成后，进入应用阶段。在应用阶段通信双方使用握手阶段协商好的密钥进行安全通信。

SSL/TLS协议有一个高度模块化的架构，分为很多子协议，如下图所示：

Handshake协议：包括协商安全参数和密码套件、服务器身份认证（客户端身份认证可选）、密钥交换；

ChangeCipherSpec 协议：一条消息表明握手协议已经完成；

Alert 协议：对握手协议中一些异常的错误提醒，分为fatal和warning两个级别，fatal类型的错误会直接中断SSL链接，而warning级别的错误SSL链接仍可继续，只是会给出错误警告；

Record 协议：包括对消息的分段、压缩、消息认证和完整性保护、加密等。

HTTPS兼容性

因为是先有 HTTP 再有 HTTPS。所以，HTTPS 的设计者肯定要考虑到对原有 HTTP 的兼容性。
这里所说的兼容性包括很多方面。比如已有的 Web 应用要尽可能无缝地迁移到 HTTPS；比如对浏览器厂商而言，改动要尽可能小；……
基于“兼容性”方面的考虑，很容易得出如下几个结论：
1. HTTPS 还是要基于 TCP 来传输
（如果改为 UDP 作传输层，无论是 Web 服务端还是浏览器客户端，都要大改，动静太大了）
2. 单独使用一个新的协议，把 HTTP 协议包裹起来
（所谓的“HTTP over SSL”，实际上是在原有的 HTTP 数据外面加了一层 SSL 的封装。HTTP 协议原有的 GET、POST 之类的机制，基本上原封不动）

打个比方：如果原来的 HTTP 是塑料水管，容易被戳破；那么如今新设计的 HTTPS 就像是在原有的塑料水管之外，再包一层金属水管。一来，原有的塑料水管照样运行；二来，用金属加固了之后，不容易被戳破。

可扩展性

HTTPS 相当于是“HTTP over SSL”。
如果 SSL 这个协议在“可扩展性”方面的设计足够牛逼，那么它除了能跟 HTTP 搭配，还能够跟其它的应用层协议搭配。岂不美哉？
现在看来，当初设计 SSL 的人确实比较牛。如今的 SSL/TLS 可以跟很多常用的应用层协议（比如：FTP、SMTP、POP、Telnet）搭配，来强化这些应用层协议的安全性。

接着刚才打的比方：如果把 SSL/TLS 视作一根用来加固的金属管，它不仅可以用来加固输水的管道，还可以用来加固输煤气的管道。

保密性（防泄密）

HTTPS 需要做到足够好的保密性。
说到保密性，首先要能够对抗嗅探（行话叫 Sniffer）。所谓的“嗅探”，通俗而言就是监视你的网络传输流量。如果你使用明文的 HTTP 上网，那么监视者通过嗅探，就知道你在访问哪些网站的哪些页面。
嗅探是最低级的攻击手法。除了嗅探，HTTPS 还需要能对抗其它一些稍微高级的攻击手法——比如“重放攻击”（后面讲协议原理的时候，会再聊）。

完整性（防篡改）

除了“保密性”，还有一个同样重要的目标是“确保完整性”。关于“完整性”这个概念，在之前的博文《扫盲文件完整性校验——关于散列值和数字签名》中大致提过。健忘的同学再去温习一下。
在发明 HTTPS 之前，由于 HTTP 是明文的，不但容易被嗅探，还容易被篡改。
举个例子：
比如咱们天朝的网络运营商（ISP）都比较流氓，经常有网友抱怨说访问某网站（本来是没有广告的），竟然会跳出很多中国电信的广告。为啥会这样捏？因为你的网络流量需要经过 ISP 的线路才能到达公网。如果你使用的是明文的 HTTP，ISP 很容易就可以在你访问的页面中植入广告。
所以，当初设计 HTTPS 的时候，还有一个需求是“确保 HTTP 协议的内容不被篡改”。

真实性（防假冒）

在谈到 HTTPS 的需求时，“真实性”经常被忽略。其实“真实性”的重要程度不亚于前面的“保密性”和“完整性”。
举个例子：
你因为使用网银，需要访问该网银的 Web 站点。那么，你如何确保你访问的网站确实是你想访问的网站？（这话有点绕口令）
有些天真的同学会说：通过看网址里面的域名，来确保。为啥说这样的同学是“天真的”？因为 DNS 系统本身是不可靠的（尤其是在设计 SSL 的那个年代，连 DNSSEC 都还没发明）。由于 DNS 的不可靠（存在“域名欺骗”和“域名劫持”），你看到的网址里面的域名【未必】是真实滴！
（不了解“域名欺骗”和“域名劫持”的同学，可以参见俺之前写的《扫盲 DNS 原理，兼谈“域名劫持”和“域名欺骗/域名污染”》）
所以，HTTPS 协议必须有某种机制来确保“真实性”的需求（至于如何确保，后面会细聊）。