SSL工作原理和握手过程

1. 密码学的基本概念

4个目标属性：
机密性：指保密信息不会透漏给非授权用户或者实体；（有些加密算法已经被破解，因此机密性得不到保障）
完整性：指信息在生成、传输、存储和使用过程中发生非授权篡改，均可以被检测到；
身份认证：指一个消息的来源和消息本身被正确的标识，同时确保标识没有伪造。
不可否认性：指用户无法在事后否认曾经进行信息生成、签发和接受行为。（对称加密实现不了这个，因为大家密钥一样，都可以加密解密，不能确定信息是谁发的。）
可用性：指保障信息资源随时可以提供服务的能力特性；

2.加密类型

我们为了安全的传输数据，需要在传送数据之前加密，然后拿到数据之后解密得到原有的数据。而依据使用方式的不同，我们一般分为两类。

2.1.对称加密

对称加密，就是指 加密和解密 使用的是同一个密钥。
这就存在一个问题，就是密钥怎么传递？
如果密钥泄漏出去了，那么加密传输的数据就和明文传输没有区别了。
所以对称加密的密钥，要使用 离线传递密钥，或者使用 非对称加密的方式传递 密钥。
对称加密的问题主要是不可否认性，但是也有可取之处。对称加密的优势是，加密效率高，大约是非对称加密的1000到10000倍，也就是说同样的加密过程，对称加密的速度快的多，所以现在许多场景仍然使用，比如系统登录，ssh。

2.2.非对称加密

非对称加密，就是指 加密和解密使用不同的密钥。
依据持有密钥的范围不同，我们分为 公钥 和 私钥。也就是server持有私钥，而公钥可以明文传递给client。
这里有2个特性，就是 公钥加密的数据，只有私钥能解开，而私钥加密的数据，公钥也能解开。这是成对的，将加密和解密
私钥是不能公开的，而 公钥是可以公开的，所以这里保障的是 client 传递给 server 数据的机密性。
如果需要 保证 server 和 client 之间双向通讯的机密性，则需要 2对 密钥。即 server 将 自己的公钥传递给client，client也要把自己的公钥传给server。

这里遇到一个问题，谁都可以把自己的公钥传出去，那么你知道 这个公钥是 server的，还是别人的呢？证书就是为了解决这个问题的。
证书是由第三方机构（CA中心）签发的，server生成了自己的公钥之后，将公钥发给 CA中心，CA中心也有自己的CA私钥，他会用CA私钥在server的公钥后面加一段信息，生成的文件就是证书。其实原理也是私钥和公钥。增加的信息就是你这个机构的信息 和 信息的加密版本。client收到之后解密对比即可确定你的信息。
通常我们电脑预装系统的时候，就会自带这个机构的证书（可以理解为公钥），所以server传递过来的证书，我们可以解密对比，是对的，就是信任的，当然也可以自己签发一个证书，但是由于我们都没有预装你的证书，所以使用的时候就会警告你，这个server不可信任。
CA中心维护这些证书都是需要费用的，一般就是公司才会去申请，而且签发的时候 存在一个签发日期和有效期。这样CA中心也就可以不断的签发证书。

3. 加密算法种类

3.1 对称加密算法

只提供机密性，不提供不可否认性。
举例：
不安全对称加密算法：
DES,3DES,RC2,RC4,SKIPJACK
安全对称加密算法：
AES(建议用128位不要用),SM4,IDEA

3.2 非对称加密算法

提供机密性、完整性、身份认证和不可否认性，而且至今未被攻破。
举例：RSA, ECC, EI Gamal, SM2 和 DSA

3.3 散列算法（也称为 Hash算法，或 信息摘要）

散列算法的特点是，散列算法处理的消息很难还原出信息，且2条消息生成相同散列值的可能性几乎不存在。这种特点是单向加密，且输出长度固定。
举例：
不安全散列算法：MD2,MD4,MD5,SHA1,RIPEND,HAVAL-128
安全散列算法：SHA2,SHA3,HMAC,HAVAL-160及其以上.

4.SSL/TLS握手过程

SSL/TLS集成了各种加密算法的工具，主要是非对称算法和散列算法。

4.1 SSL/TLS属于TCP/IP的哪一层？

网上查询有2中观点，一种说是位于解释层，一种说是位于传输层，其实这是基准不一样。有人是依据OSI模型，分析SSL各种子协议方式而定位在OSI模型中的解释层。但是TCP/IP只使用了OSI模型中的5层，不包括解释层，所以在实际的TCP/IP中，我们把它定位在传输层，也就是和 TCP和UDP在一起，是一种安全的传输层协议。
我们知道 TCP是有3次握手和4次挥手的，所以SSL/TLS 也有自己的握手过程。

4.2 TLS/SSL握手协议工作原理

在讲之前，我们明确这其中有2个角色 SSLclient 和 SSLserver：我们称之为 4次握手。
https://blog.csdn.net/hherima/article/details/52469674

（1）Client_hello 消息： 客户端发起请求，以明文传输请求信息，包含版本信息，加密套件候选列表，压缩算法候选列表，随机数，扩展字段等信息；
（2）Server_hello + Server_certificate + Sever_hello_done 三个消息(可能是4个消息)： 服务端选择对应的加密算法 回应请求，并将 服务端的证书 传给 客户端；
（3）Client_key_exchange + Change_cipher_spec + Encrypted_handshake_message：客户端验证 服务端证书通过之后，客户端计算产生随机数字 Pre-master，并用证书公钥加密，发送给服务器;并通知服务器参数协商完成，并与服务器握手验证。（单向加密时，此步骤省略）
（4）Change_cipher_spec + Encrypted_handshake_message：服务端验证数据和密钥的正确性，验证通过之后，发送当前通信参数给客户端，握手结束。

上图中的蓝色部分是可选的，上面没有介绍，也就是是否需要双向加密，没有蓝色部分就是单项加密，也就是加密 客户端 到 服务端的通信。这里需要增加3步，也就是服务端需要验证客户端的证书。

还有其他的重建协议，会话缓存握手过程 和 重建连接 过程情况类似，本文不再介绍，详细请查看 参考文献1.

参考文献1：HTTPS协议详解(四)：TLS/SSL握手过程
参考文献2：SSL工作原理
参考文献3：密码学基本概念