中科三方：浅析SSL证书的工作原理

互联网的快速发展和普及极大方便了人们的工作和生活，但同时也带来了一定的安全隐患。因为传统的网络通信都使用的是HTTP传输协议，信息数据采用明文方式传输，全程公开暴露，很容易被人监听和劫持，同时HTTP协议无法验证通信双方身份，因此给了钓鱼网站可乘之机，严重影响了信息传输的可靠性和安全性。正是基于这样的背景，应运而生。

什么是SSL证书？

SSL证书是一种用于在Web服务器和客户端浏览器之间建立加密链接的数字证书。通过配置和应用SSL证书启用HTTPS协议，可实现对网站真实性的确认和信息传输过程的加密处理，有效保障互联网数据传输的安全性。

SSL证书工作原理

当客户端向一个https网站发起请求时，服务器会将SSL证书发送给客户端进行校验，SSL证书中包含一个公钥。校验成功后，客户端会生成一个随机串，并使用受访网站的SSL证书公钥进行加密，然后再发送给网站服务器。

网站服务器收到加密的随机串后，会利用自己的私钥进行解密，得到由客户端生成的随机串。服务器使用这一随机串，开始与客户端进行对称加密通信，客户端使用随机串对服务器发来的信息进行加密。

从这个过程中可以看出，SSL证书同时使用了非对称加密和对称加密，使用非对称加密运送一把“钥匙”给服务器，保证“钥匙”的安全性，服务器得到“钥匙”后，使用这把“钥匙”对信息进行加密，整个传输过程都处于加密状态，有效保障了信息的完整性、准确性和安全性。

SSL证书工作流程

SSL证书的工作流程分为三个部分：握手协议（Handshake protocol）、记录协议（Record protocol）、警报协议（Alert protocol）。

一、握手协议

握手协议发生在应用程序的数据传输前，是客户端和服务器用SSL连接通信时使用的第一个子协议，也是整个SSL过程中最复杂的一部分协议。该协议允许服务器和客户端相互验证、协商加密和MAC算法以及保密密钥，用来保护在SSL记录中发送的数据。

每个握手协议包含以下3个字段：

（1）Type：表示10种消息类型之一

（2）Length：表示消息长度字节数

（3）Content：与消息相关的参数

握手协议有4个阶段：

第一阶段：建立安全能力

SSL握手的第一阶段启动逻辑连接。首先客户端向服务器发出client hello消息等待服务器响应，随后服务器向客户端返回server hello消息，对client hello消息中的信息进行确认。

ClientHello信息

客户发送CilentHello信息，包含如下内容：

（1）客户端可以支持的SSL最高版本号

（2）一个用于生成主秘密的32字节的随机数。

（3）一个确定会话的会话ID。

（4）一个客户端可以支持的密码套件列表，每个套件都以“SSL”开头，紧跟着的是密钥交换算法。

（5）一个客户端可以支持的压缩算法列表。

ServerHello信息

服务器用ServerHello信息应答客户，包括下列内容：

（1）一个SSL版本号。

（2）一个用于生成主秘密的32字节的随机数。（客户端一个、服务端一个）

（3）会话ID

（4）从客户端的密码套件列表中选择的一个密码套件

（5）从客户端的压缩方法的列表中选择的压缩方法

这个阶段之后，客户端服务端知道了下列内容：

（1）SSL版本

（2）密钥交换、信息验证和加密算法

（3）压缩方法

（4）有关密钥生成的两个随机数。

第二阶段：服务器鉴别与密钥交换

服务器启动SSL握手第2阶段，该阶段只有服务器发送消息，客户端接收消息。

该阶段分为4步：

（1）服务器将数字证书和到根CA整个链发给客户端，使客户端通过服务器证书中的服务器公钥识别认证服务器。

（2）根据密钥交换算法进行服务器秘钥交换

（3）服务器要求客户端进行身份验证。

（4）服务器完成握手。

第三阶段：客户端鉴别与密钥交换

客户端开始握手第三阶段，本阶段只有客户端发送消息，服务器接收消息。

（1）为了验证服务器，客户发送一个证书信息，这是可选的，在IIS中可以配置强制客户端证书认证。

（2）客户端密钥交换：这里客户端将预备主密钥发送给服务端，注意这里会使用服务端的公钥进行加密。

（3）证书验证，对预备秘钥和随机数进行签名，证明拥有证书的公钥。

第四阶段：握手完成

客户端启动SSL握手第4阶段，使服务器结束。该阶段分为4步，前2个消息来自客户端，后2个消息来自服务器。

二、记录协议

记录协议发生在客户端和服务器握手成功后，即客户端和服务器确认双方身份交换使用的算法后，进入SSL记录协议，记录协议向SSL连接提供两个服务：

（1）保密性：使用握手协议定义的秘密密钥实现

（2）完整性：握手协议定义了MAC，用于保证消息完整性

SSL记录协议接收传输的应用程序消息，将数据分割成可管理的块，然后利用加密算法对数据进行加密，最后添加头文件。接收数据后，需要对其进行解密、验证、解压缩和重新组装。

三、警报协议

客户端和服务器发现错误时，如证书错误、证书到期、握手失败等情况，会向对方发送一个警报消息。如果是致命错误，则算法立即关闭SSL连接，双方还会先删除相关的会话号和密钥。

以下是一些警告信息：

? unexpected_message：接收了不合适的报文。

? bad_record_mac：收到了不正确的MAC。

? decompression_failure：解压缩函数收到不适当的输入。

? illegal_parameter：握手报文中的一个字段超出范围或与其他字段不兼容。

? certificate_revoked：证书已经被废弃。

? bad_certificate：收到的证书是错误的。

? certificate_expired：证书已经过期。

? handshake_failer：握手过程失败。

当发生了以上情况中的任意一个时，都会启用警报协议。

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随着互联网技术的快速发展和普及，企业线上业务的比例快速提升，网站安全的重要性日渐凸显。通过安装和部署SSL证书启用更为安全的HTTPS传输协议，对传输数据进行加密处理，并有效验证服务器身份，最大程度避免了信息泄露和钓鱼网站，有效保障用户数安全，提升企业品牌形象。

如今越来越多的网站开始部署SSL证书，以提升网站的安全防护能力，在政府、金融、科研以及大型企业等重点行业和领域，SSL证书已成为了保障网站数据安全的一种“标配”。