8. PKI - SSL/TLS Handshake Protocol（TLS握手详解）
8. PKI - SSL/TLS Handshake Protocol（TLS握手详解）
- 1. 客户端发送Client Hello给服务器
- 1.1 Client Hello
- 2. 服务器发送Server Hello给客户端
- 2.1 Server Hello
- 2.2 Server Certificate
- 2.3 Server Key Exchange
- 2.4 Certificate Request
- 2.5 Server Hello Done
- 3. 客户端响应Server Hello
- 3.1 Client Certificate
- 3.2 Client Key Exchange
- 3.3 Certificate Verify
- 3.4 Change Cipher Spec
- 3.5 Client Finished Message（Encrypted Handshake Message）
- 4. 服务器的最后响应
- 4.1 Change Cipher Spec
- 4.2 Server Finished Hello
- 参考
- 附录
- 1. TLS Handshake Protocol steps
- 2. Handshake Protocol
安全SSL/TLS连接的建立是SSH握手的过程。在所有以https://开头的网站中都会执行这个过程。
1. 客户端发送Client Hello给服务器
1.1 Client Hello
首先，客户端（通常是服务器）先向服务器发出加密通信的请求，这个过程叫做Client Hello请求。
在这一步客户端主要提供了一下信息。
（1） 支持的协议版本，比如TLS 1.2版。
（2） 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成"会话密钥"。
（3） 支持的加密方法，这里通常是一组加密套件（Cipher Suites）。
（4） 支持的压缩方法。
加密套件通常包含以下信息：
- 密钥交换算法
- 对称加密算法
- 摘要算法
| Cipher Suite | Key Exchange | Cipher | Mac |
|---|---|---|---|
| TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA | RSA | 3DES_EDE_CBC | SHA |
| TLS_DHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256 | DHE_RSA | AES_128_CBC | SHA256 |
这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。
对于虚拟主机的用户来说，这当然很不方便。2006年，TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展，允许客户端向服务器提供它所请求的域名。
2. 服务器发送Server Hello给客户端
2.1 Server Hello
服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应，这个过程叫做Server Hello。服务器响应包含以下内容。
（1） 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.2版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
（2） 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成"会话密钥"。
（3） 确认使用的加密方法，示例中返回的加密套件是 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256，这个密码套件的意思是使用ECDHE_RSA算法进行密钥交换、使用AES_128算法进行对称加密、使用SHA256算法计算摘要。
2.2 Server Certificate
Server Certificate: 服务器发送自己的证书给客户端。
2.3 Server Key Exchange
Server Key Exchange: 该消息是否发送取决于服务器选定的密钥交换算法，如果密钥交换算法是DHE_DSS、DHE_RSA或DH_anon时需要发送该消息。
The ServerKeyExchange message is sent by the server only when the server Certificate message (if sent) does not contain enough data to allow the client to exchange a premaster secret. This is true for the following key exchange methods:
- DHE_DSS
- DHE_RSA
- DH_anon
2.4 Certificate Request
除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供"客户端证书"。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。
2.5 Server Hello Done
Server Hello Done: Server Hello消息发送结束。
3. 客户端响应Server Hello
3.1 Client Certificate
客户端收到服务器响应后，如果服务器要求客户端上传证书，客户端发送自己的证书给服务器。
3.2 Client Key Exchange
如果密钥交换算法是DHE_DSS、DHE_RSA或DH_anon，客户端发送自己的公钥给服务器。客户端和服务器各自依据DH参数生成premaster secret 和 master secret。
3.3 Certificate Verify
客户端验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。
3.4 Change Cipher Spec
发送编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
3.5 Client Finished Message（Encrypted Handshake Message）
客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。
4. 服务器的最后响应
4.1 Change Cipher Spec
编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
4.2 Server Finished Hello
服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。
至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。
参考
The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2
Https传输中加密和密钥交换涉及到的算法总结与介绍
SSL/TLS协议运行机制的概述
图解SSL/TLS协议
SSL Handshake Explained
SSL协议详解(可参考会话恢复部分)
附录
1. TLS Handshake Protocol steps
The TLS Handshake Protocol involves the following steps:
-
Exchange hello messages to agree on algorithms, exchange random
values, and check for session resumption. -
Exchange the necessary cryptographic parameters to allow the
client and server to agree on a premaster secret. -
Exchange certificates and cryptographic information to allow the
client and server to authenticate themselves. -
Generate a master secret from the premaster secret and exchanged
random values. -
Provide security parameters to the record layer.
-
Allow the client and server to verify that their peer has
calculated the same security parameters and that the handshake
occurred without tampering by an attacker.
2. Handshake Protocol
