TLS1.3握手流程以及参数详解
TLS1.3握手流程以及参数详解
TLS1.3总共有两层，分别是握手协议(handshake protocol)和记录协议(record protocol)，握手协议在记录协议的上层，记录协议是一个分层协议。其中握手协议中还包括了警告协议(alert protocol)。本文将详细阐述握手协议，并且抓包分析。
我在一年前写了一篇介绍TLS1.3的文章，最近工作遇到了TLS1.3协议。重新复习了下。
这篇文章想详细的阐述交互过程，以及抓包分析参数的含义。
文章目录
- TLS1.3概述
- TLS1.3记录协议：
- TLS1.3警告协议：
- TLS1.3握手协议:
- 分析ClinetHello:
- 分析ServerHello：
- client的认证部分：
- 数据传输部分
TLS1.3概述
TLS1.3总共有两层，分别是握手协议(handshake protocol)和记录协议(record protocol)，握手协议在记录协议的上层，记录协议是一个分层协议。其中握手协议中还包括了警告协议(alert protocol)。
TLS1.3概括如表格所示：
本文将详细阐述握手协议，并且抓包分析。
TLS1.3记录协议：
记录协议位于握手协议下层，发送方从高层接受任意长度的非空数据，对其进行合并或分块处理，然后利用带有辅助数据的认证加密AEAD（authenticated encryption with associated data）进行加密传输。
接收方接受数据后对其进行解密和验证，重组后再传送给高层用户。
TLS1.3警告协议：
目的是以简单的通知机制告知通信出现异常情况，警告消息通常会携带Close_notify异常，在连接关闭的时候报告错误，Alert_Level字段标识告警的严重程度，可取值Warning或者Fatal，严重程度为Fatal时会立即终止当前连接。
TLS1.3握手协议:
握手协议主要分为三个流程
- 密钥交换：选择TLS协议版本和加密的算法，并且协商算法所需的参数。这段是明文传输的
- 服务器参数：建立其他握手协议参数，例如是否需要认证客户端，支持何种应用层协议等。
- 认证：对服务器进行认证(包括可选的客户端认证)并且提供密钥确认和验证握手完整性功能。
这三个阶段完成后就可以进行应用层数据传输。
流程图如下所示：
注：+：上一消息的扩展消息；*：可选发送
{}：用握手层流密钥加密；[]：用流密钥加密
TLS1.3的交互过程分为1-RTT，RTT是时延往返的意思。RTT越小速度越快。
在TLS1.2里交互过程需要2-RTT，可见TLS1.3加快了交互的速度。
正常连接（1-RTT）流程如下：
第1步，客户端发送 ClientHello 消息，该消息主要包括客户端支持的协议版本、会话ID、密码套件、压缩算法、以及扩展消息（密钥共享、预共享密钥、预共享密钥模式）；
第2步，服务端回复 ServerHello，包含选定的加密套件；发送证书给客户端；使用证书对应的私钥对握手消息签名，将结果发送给客户端；选用客户端提供的参数生成临时公钥，结合选定的参数计算出用于加密 HTTP 消息的共享密钥；服务端生成的临时公钥通过 KeyShare 消息发送给客户端；
第3步，客户端接收到 KeyShare 消息后，使用证书公钥进行签名验证，获取服务器端的临时公钥，生成会话所需要的共享密钥；
第4步，双方使用生成的共享密钥对消息加密传输，保证消息安全。
简单的说就是：
即4部分。ClientHello，SeverHello，Client认证，数据交互。
接下来分析这4个部分。
分析ClinetHello:
Handshake Type:ClientHello，表示握手消息类型，此处是ClientHelloLength:574,即长度为574Version:TLS1.2(0x0303)，表示版本号为1.2，TLS1.3中规定此处必须置为0x0303，即TLS1.2，起到向后兼容的作用。1.3版本用来协商版本号的部分在扩展当中，而之前的版本就在此处进行。Random，随机数，是由安全随机数生成器生成的32个字节。Session ID Length：会话ID的长度。Session ID，会话ID，TLS 1.3之前的版本支持“会话恢复”功能，该功能已与1.3版本中的预共享密钥合并。为了兼容以前的版本，该字段必须是非空的，因此不提供TLS 1.3之前会话的客户端必须生成一个新的32字节值。该值不必是随机的，但应该是不可预测的，以避免实现固定在特定值，否则，必须将其设置为空。Cipher Suites Length,即下面Cipher Suites的长度
Cipher Suites是密码套件，表示客户端提供可选择的加密方式，如图所示：
每个加密套件都包含，密钥交换，签名算法，加密算法，哈希算法。
Compression Methons (1 method)表示压缩方法，长度为1，内容为空
Exentisons扩展部分，是TLS1.3才开始使用，是TLS1.3的显著特征。每一个扩展都包含类型(type)，长度(length)和数据(data)三个部分。
下面分析几个相对重要的扩展：
1）key_share
key_share 是椭圆曲线类型对应的公钥，如图所示
此处包含两个KeyShareEntry,第一个是预留的空值，第二个是x25519曲线组，具体数据在KeyExchange字段中；每个KeyShareEntry都代表一组密钥交换参数。
2）signature_algorithms
Signature_algorithms扩展是，客户端提供签名算法，让服务器选择
以第一个签名算法为例，ecdsa_secp256r1_sha256,使用sha256作为签名中的哈希，签名算法为ecdsa。
3）psk_key_exchange_modes
psk_key_exchange_modes是psk密钥交互模式选择
此处的PSK模式为(EC)DHE下的PSK，客户端和服务器必须提供KeyShare
如果是仅PSK模式，则服务器不需要提供KeyShare。
4）pre_shared_key
psk是预共享密钥认证机制，相当于session ticket再加一些检验的东西
Identity中包含的是客户端愿意进行协商的服务器身份列表
PSK binder表示已经构建当前PSK与当前握手之间的绑定。
分析ServerHello：
发现和ClientHello类似。
CkientHello提供加密方式的选择，而ServerHello实质是在Client提供的多种加密中选定加密的方式
client的认证部分：
待到client认证完成，发送给服务端，至此建立连接，可以发送数据。
数据传输部分
可见数据经过TLS1.3加密，进行传输。
转载请注明：“转自绿盟科技博客”： 原文链接. http://blog.nsfocus.net/tls1-3protocol/