加解密

对称加密算法: DES, 3DES, AES(标准)
非对称加密: RSA, DSA, 分公钥和私钥.
摘要算法(Digest)
MD5
SHA1, SHA2(常用)参考

数字签名

数字签名用于验证发送方的身份, 并保证数据的完整性.

发送方对要传输的数据计算摘要
对摘要用私钥加密, 该密文称为签名
接收方收到数据,用同样的摘要算法计算出摘要1, 并用发送方的公钥解密签名得到摘要2, 如果摘要1 == 摘要2, 说明数据确实来自发送方,并且传输过程中数据没有被篡改.

接收方需要有发送方的公钥, 公钥是通过数字证书获得的.
图文参考

数字证书

数字证书由证书颁发机构(CA, certificate authority)颁发,可以用于确认证书持有者的身份和分发公钥.
数字证书中包含的内容:

Subject Name: 证书持有人的信息,国家,地点,域名等
Issuer Name: 证书颁发机构信息
Public Key: 证书持有人的公钥
Signature algorithm : 采用的摘要算法
Valid before/after: 证书有效时间
FingerPrints: 证书的签名, 由颁发机构用自己的私钥加密, 用颁发机构的公钥可以解密签名获得证书的摘要, 如果这个摘要与用户计算出的摘要一致,那么这个证书就是可以信任的.

根证书(root certificate):

证书颁发机构给自己颁发的证书, 内含该机构的公钥, 是信任链的起点. 用户可以使用公钥去验证该机构颁发的其他证书. 根证书通常由操作系统预装.

SSL

SSL: Secure Sockets Layer, 是介于HTTP和TCP之间的一个可选层. 是一套由非对称加密, 对称加密, 摘要算法构成的加密传输协议. client像server所要公钥并验证, 通信双方协商一个对称加密密钥, 然后双方采用对称加密算法进行加密通信.

握手过程:

握手就是互相验证,并协商密钥的过程, 如图.
握手过程

交互流程图:

握手过程
图片来源

WireShark抓包结果:

握手过程

client发送

ClientHello,数据结构:

struct {
    ProtocolVersion client_version;// client支持的协议版本,SSL2.0, SSL3.0, SSL3.1 ie TLS1.0,TLS2.0等
    Random random;//32 bytes(4 bytes timestamp + 28 random bytes),用于生成对称密钥
    SessionID session_id;//the client may decide to reuse previously established session.
    CipherSuite cipher_suites<2..2^16-1>;//client可用的加密组合, 如TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA, TLS_RSA_WITH_DES_CBC_SHA
    CompressionMethod compression_methods<1..2^8-1>;//client支持的压缩算法, deflate, gzip等
    Extension extensions<0..2^16-1>;
} ClientHello;

server收到请求, 发送
- ServerHello,数据结构:
```
struct {
   ProtocolVersion server_version;//
   Random random;//与ClientHello.random一样,但两者必须不同
   SessionID session_id;
   CipherSuite cipher_suite;//Server从ClientHello中选择出的一个cipher suite
   CompressionMethod compression_method;//Server从ClientHello中选择出的一个压缩算法
} ServerHello;
```
- Server Certificate, 即server的数字证书,其中包含了server的公钥, client将用这个公钥验证server, 并用于下一步中加密premaster secret.
- Server Key Exchange,可选的,client可用来加密下一步中的Client Key Exchange,只有当证书中不包含公钥的时候才需要.如Diffie Hellman密钥交换算法.通常使用RSA公钥算法的时候不需要提供.key-exchange-参考1,key-exchange-参考2
- Client Certificate Request,可选的,通常的站点不需要验证用户的身份,如google;但银行站点需要验证,如U盾中就包含了client证书,通信过程需要客户与银行互相验证.
- Server Hello Done,抓包结果中并没有这个
client获得server证书之后, 验证证书的合法性. 如果证书受信任，浏览器栏里面会显示一个小锁头，否则会给出证书不受信的提示。如果证书受信任，或者是用户接受了不受信的证书，client会再生成一串随机数(用于生成对称密钥, 第三个随机数称为pre-master key)，计算摘要,并一起用证书中提供的公钥加密,发送给server:
- Client Certificate, 可选的,只有收到了server的Client Certificate Request消息后才发送
- Certificate Verify. 在client发送Client Certificate之后发送,发送了一段数据和签名,用于server验证client是否拥有正确的私钥.
- Client Key Exchange, client利用已有的随机数生成一个premaster secret, 用server的公钥加密后发送给server.双方都在本地计算master key,而不是通过网络传输.
- Change Cipher Spec.通知server,Client Finish之后的所有消息都使用刚刚协商好的密钥加密.
- Client Finished. client计算整个会话的摘要, 然后用协商好的密钥加密之后发送给server,这是第一条用协商密钥加密的消息.
server接收client发来的数据之后,用自己的私钥将信息解密,取出随机数,并验证摘要是否一致。server利用前面得到的三个随机数生成对称密钥(协商密钥).然后向client发送通知:
- Change Cipher Spec. 通知client, server将用协商的密钥加密之后的消息.
- Server Finished. server计算整个会话的摘要,用协商密钥加密之后发给client,如果client能解密,并且摘要通过验证,那么握手过程就建立好了.

握手过程中如果有任何错误，都会断开连接.

参考:

https://technet.microsoft.com/en-us/library/cc785811(v=ws.10).aspx
http://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/security-vpn/secure-socket-layer-ssl/116181-technote-product-00.html
http://tools.ietf.org/html/rfc2246#page-31
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html
http://www.infoq.com/cn/articles/HTTPS-Connection-Jeff-Moser
ssl握手过程抓包工具wireshark

TLS (Transport Layer Security)

TLS来源于SSL, 从SSL3.1开始改名为TLS1.0, 所以经常会说SSL/TLS.

TLS与SSL的区别与联系:
http://security.stackexchange.com/questions/5126/whats-the-difference-between-ssl-tls-and-https
https://luxsci.com/blog/ssl-versus-tls-whats-the-difference.html

HTTPS

HTPPS = TCP + SSL/TLS.

数字签名, 数字证书, 加密, SSL, HTTPS