HTTPS RSA 握手解析(计算机网络)

传统的 TLS 握手基本都是使用 RSA 算法来实现密钥交换的,在将 TLS 证书部署服务端时,证书文件其实就是服务端的公钥,会在 TLS 握手阶段传递给客户端,而服务端的私钥则一直留在服务端。

在 RSA 密钥协商算法中,客户端会生成随机密钥,并使用服务端的公钥加密后再传给服务端。根据非对称加密算法,公钥加密的消息仅能通过私钥解密,这样服务端通过私钥解密后,双方就得到了相同的密钥,再用它加密应用消息。

总流程图如下:

TLS 第一次握手

客户端首先会发一个「Client Hello 」消息,消息里面有客户端使用的 TLS 版本号、支持的密码套件列表,以及生成的随机数(Client Random),这个随机数会被服务端保留,它是生成对称加密密钥的材料之一。

TLS 第二次握手

当服务端收到客户端的「Client Hello」消息后,会确认 TLS 版本号是否支持,和从密码套件列表中选择一个密码套件,以及生成随机数(Server Random)。

接着,返回「Server Hello」消息,消息里面有服务器确认的 TLS 版本号,也给出了随机数(Server Random),然后从客户端的密码套件列表选择了一个合适的密码套件。

然后,服务端为了证明自己的身份,会发送「Server Certificate」给客户端,这个消息里含有数字证书。

随后,服务端发了「Server Hello Done」消息,目的是告诉客户端,我已经把该给你的东西都给你了,本次打招呼完毕。

客户端验证证书

一个数字证书通常包含了:

  • 公钥;
  • 持有者信息;
  • 证书认证机构(CA)的信息;
  • CA 对这份文件的数字签名及使用的算法;
  • 证书有效期;
  • 其他额外信息;

数字证书的作用,是用来认证公钥持有者的身份,以防止第三方进行冒充。

服务端的证书都是由 CA (Certificate Authority,证书认证机构)签名的,CA 具有极高的可信度,所以由它来给各个公钥签名,信任的一方签发的证书,那必然证书也是被信任的。

签名的作用可以避免中间人在获取证书时对证书内容的篡改。

TLS 第三次握手

客户端验证完证书后,认为可信则继续。

接着,客户端就会生成一个新的随机数 (pre-master) ,用服务器的 RSA 公钥加密该随机数,通过「Client Key Exchange」消息传给服务端。

服务端收到后,用 RSA 私钥解密,得到客户端发来的随机数 (pre-master)。

至此,客户端和服务端双方都共享了三个随机数,分别是 Client Random、Server Random、pre-master。

于是,双方根据这三个随机数,生成会话密钥(Master Secret),它是对称密钥,用于对后续的 HTTP 请求/响应的数据加解密。

生成完「会话密钥」后,然后客户端发一个「Change Cipher Spec」,告诉服务端开始使用加密方式发送消息。

然后,客户端再发一个「Encrypted Handshake Message(Finishd) 」消息,把之前所有发送的数据做个摘要,再用会话密钥加密一下,让服务器做个验证,验证加密通信「是否可用」和「之前握手信息是否有被中途篡改过」。

TLS 第四次握手

服务器也是同样的操作,发「Change Cipher Spec 」和「Encrypted Handshake Message」消息,如果双方都验证加密和解密没问题,那么握手正式完成。

最后,就用「会话密钥」加解密 HTTP 请求和响应了。

RSA 算法的缺陷

使用 RSA 密钥协商算法不支持前向保密。

因为客户端传递随机数(用于生成对称加密密钥的条件之一)给服务端时使用的是公钥加密的,服务端收到后,会用私钥解密得到随机数。所以一旦服务端的私钥泄漏了,过去被第三方截获的所有 TLS 通讯密文都会被破解。

为了解决这个问题,后面就出现了 ECDHE 密钥协商算法,我们现在大多数网站使用的正是 ECDHE 密钥协商算法。

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