安全套接层SSL协议简介.docx
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1、安全套接层 SSL 协议简介SSLSecure Sockets Layer协议最先是由著名的Netscape 公司开发的,现在被广泛用于 Internet 上的身份认证与 Web 效劳器和用户端扫瞄器之间的数据安全通信。制定 SSL 协议的宗旨是为通信双方供给安全牢靠的通信协议效劳,在通信双方间建立一个传输层安全通道。SSL 使用对称加密来保证通信保密性,使用消息认证码MAC来保证数据完整性。SSL 主要使用 PKI 在建立连接时对通信双方进展身份认证。IETF 的传输层安全TLS协议RFC 2246 1999及无线访问协议WAP论坛的无线传输层安全协议WTIS都是 SSI 的后续进展。协议包
2、括两个层次:其较低的 SSL 记录层协议位于传输协议 TCP/IP 之上。SSL 记录协议用来对其上层的协议进展封装。握手协议就在这些被封装的上层协议之中,它允许客户端与效劳器彼此认证对方;并且在应用协议发出或收到第一个数据之前协商加密算法和加密密钥。这样做的缘由就是保证应用协议的独立性,使低级协议对高级协议是透亮的。目前,Internet 上对 7 层网络模型的每一层都已提出了相应的加密协议。在全部的这些协议中,会话层的 SSL 和应用层的 SET 与电子商务的应用关系最为亲热。因此,SSL 已成为用户与 Internet 之间进展保密通信的事实标准,支持 SSL 也已经成为每个扫瞄器的内置
3、功能。SSL 包括握手和记录两个子协议。这两个子协议均可以供给与应用尤其是与 的连接。这种连接经过了认证和保密,可以防止篡改。SSL 可以嵌入 Internet 的处理栈内,位于 TCP/IP 之上和应用层之下,而不会对其他协议层造成太大影响。SSL 同样能够与其他 Internet 应用一起使用,如 Intranet 和 Extranet 访问、应用安全、无线应用及 Web 效劳等。通过对离开扫瞄器的数据进展加密,并在其进入数据中心之后进展解密, SSL 实现对 Internet 的数据通信进展保护。SSL 对话是由连接和应用组成的。在连接对话期间,客户机和效劳器交换证书并就安全参数进展磋商
4、。假设客户机承受效劳器的证书,就会建立一个主密钥,这个主密钥将被用来对随后进展的通信进展加密。在应用对话期间,客户机和效劳器之间可以安全地传递信息,如信用卡号、股票交易数据、个人医疗数据以及其他敏感数据。SSL 供给以下三种机制以确保安全:认证,能够对效劳器或连接各端的客户机和效劳器进展认证;保密, 能够对信息进展加密,只有沟通信息的双方才能访问并理解加密信息;完整性,可以防止信息内容在未经检测的状况下被修改,接收方可以确信他们收到的是无法进展修改的信息。保密通信过程中的一个关键步骤就是对双方身份进展认证。SSL 握手子协议就具有之一功能。效劳器与客户机之间的以下举动可以使认证动作变得更快捷:
5、客户机对效劳器进展认证;让客户机和效劳器选择所需要的密码算法和安全水平;效劳器有选择地对客户机进展认证;使用公共密钥密码生成可以共享的密钥,随后利用这些密钥传输真正的保密数据;建立 SSL 连接。SSL 记录子协议负责加密数据的传送。以下动作可以使数据传送变得更快捷:数据被分解成小的可以使用的块,称作片断;通过一个具有完整性的“包装纸”使数据不被修改;数据加密后就可以贴上“包装纸”了。以往,电子商务的很多应用是不进展客户机认证的。不 过,目前各公司都将 SSL 作为一项协议供数据中心里的应用使用。对于基于 SSL 的 VPN,以及那些需要对终端用
6、户进展额外认证的应用而言,客户机认证正在成为一种趋势。客户机认证使得效劳器可以使用与允许客户机对效劳器进 行认证一样的技术,在协议之内对用户身份进展确认。尽 管两者认证的信息流极为不同,但是从概念上来看,其过 程与效劳器认证是一样的。这一过程同样也会在 SSL 握手子协议之内进展。在这种状况下,客户机必需向效劳器提供有效的证书。效劳器可以通过使用公共密钥密码学的标准技术对终端用户的有效性进展认证。SSL 所具有的敏捷性和强劲的生命力使其无所不在。可以预言的是,在 SSL 成为企业应用、无线访问设备、Web 效劳以及安全访问治理的关键性协议的同时,SSL 的应用将连续大幅度增长。下面论述 SSL
7、 原理和工作过程。11.6.1 SSL 协议概述1SSL 协议的作用SSL 是供给 Internet 上的通信隐私性的安全协议。该协议允许客户端/效劳器应用之间进展防窃听、防消息篡改及防消息伪造的安全的通信。TCP/IP 是整个 Internet 数据传输和通信所使用的最根本的掌握协议,在它之上还有 Hypertext Transfer Protocol、LDAPLightweight Directory Access Protoco1、IMAPInternet Messaging Access Protocol等应用层传输协议。而 SSL 是位于 TCP/IP 和各种应用层协议之间的一种数据
8、安全协议如图 1l-8 所示。SSL 协议可以有效地避开网上信息的偷听、篡改及信息的伪造。图 11-8SSL 协议的位置SSL 标准的关键是要解决以下几个问题。(1) 客户对效劳器的身份确认:SSL 效劳器允许客户的浏览器使用标准的公钥加密技术和一些牢靠的认证中心CA的证书,来确认效劳器的合法性检验效劳器的证书和 ID 的合法性。对于用户效劳器身份确实认与否是格外重要的,由于客户可能向效劳器发送自己的信用卡密码。(2) 效劳器对客户的身份确认:允许 SSL 效劳器确认客户的身份,SSL 协议允许客户效劳器的软件通过公钥技术和可信任的证书来确认客户的身份客户的证书。对于效劳器客户身份确实认与否是
9、格外重要的,由于网上银行可能要向客户发送机密的金融信息。(3) 建立起效劳器和客户之间安全的数据通道:SSL 要求客户和效劳器之间全部的发送数据都被发送端加密,全部的接收数据都被接收端解密,这样才能供给一个高水平的安全保证。同时 SSL 协议会在传输过程中检查数据是否被中途修改。2. SSL 协议的目标按它们的优先级,SSL 协议的目标如下。(1) 在通信双方之间利用加密的 SSL 消息建立安全的连接。(2) 互操作性。通信双方的程序是独立的,即一方可以在 不知道对方程序编码的状况下,利用 SSL 成功地交换加密参数。留意:并不是全部的 SSL 实例甚至在同一应用程序内都可以成功地连接。例如,
10、假设效劳器支持一特定的硬件 令牌token,而客户端不能访问此令牌,则连接不会成功。(3) 可扩展性。SSL 寻求供给一种框架构造,在此框架构造中,在不对协议进展大的修改的状况下,可以在必要时参加的公钥算法和单钥算法。这样做还可以实现两个子目标: 避开产生协议的需要,因而进一步避开了产生的不 足的可能性; 避开了实现一完整的安全协议的需要。相对于有效性加密操作,尤其是公钥加密,对 CPU 来说是一种很耗时的事,因此 SSL 协议引入一个可选的对话缓存Cache来削减从头开头的连接数目。同时,它还留意削减网络的活动。3. SSL 主要组成SSL 协议由两层组成,分别是握手协议层和记录协议层。握手
11、协议建立在记录协议之上,此外,还有警告协议、更改密码说明协议和应用数据协议等对话协议和治理供给支持的子协议。SSL 协议的组成及其 TCP/IP 中的位置如图 11-9 所示。图 11-9SSL 协议的组成及其在 TCP/IP 中的位置在图 11-9 中的每一层,可以包括长度、描述和内容字段。SSL 发出消息是将数据分为可治理的块、压缩、使用 MAC 和加密并发出加密的结果。承受消息需要解密、验证、解压和重组,再把结果发往更高一层的客户。(1) 记录协议具体实现压缩/解压缩、加密/解密、计算机 MAC 等与安全有关的操作。建立之上的还有: 更改密码说明协议:此协议由一条消息组成,可由客户 端或
12、效劳器发送,通知接收方后面的记录将被协商的密码说明和密钥保护;接收方获得此消息后,马上指示记录层把马上读状态变成当前读状态;发送方发送此消息后, 应马上指示记录层把马上写状态变成当前写状态。 警告协议:警告消息传达消息的严峻性并描述警告。一 个致命的警告将马上终止连接。与其他消息一样,警告消息在当前状态下被加密和压缩。警告消息有以下几种:关闭通知消息、意外消息、错误记录 MAC 消息、解压失败消息、握手失败消息、无证书消息、错误证书消息、不支持的证书消息、证书撤回消息、证书过期消息、证书未知和参数非法消息等。 应用数据协议:将应用数据直接传递给记录协议。(2) 握手协议SSL 握手协议是用来在
13、客户端和效劳器端传输应用数据而建立的安全通信机制。 算法协商:首次通信时,双方通过握手协议协商密钥加 密算法、数据加密算法和文摘算法。 身份验证:在密钥协商完成后,客户端与效劳器端通过 证书相互验证对方的身份。 确定密钥:最终使用协商好的密钥交换算法产生一个只 有双方知道的隐秘信息,客户端和效劳器端各自依据这个隐秘信息确定数据加密算法的参数一般是密钥。由此可 见,SSL 协议是端对端的通信安全协议。11.6.2 SSL 的工作原理SSL 的工作原理:当一个使用者在 Web 上用 Netscape 扫瞄器漫游时,扫瞄器利用 协议与 Web 效劳器沟通。例如,扫瞄器发出一个 GET 命令给效劳器,
14、想下载一个首页的 HTML 档案,而效劳器会将档案的内容传送给扫瞄器来响应。GET 这个命令的文字和 HTML 档案的文字会通过会话层Socket的连接来传送,Socket 使两台远程的计算机能利用 Internet 来通话。通过 SSL,资料在传送出去之前就自动被加密了,它会在接收端被解密。对没有解密钥的人来说,其中的资料是无法阅读的。SSL 承受 TCP 作为传输协议供给数据的牢靠传送和接收。SSL 工作在 Socket 层上,因此独立于更高层应用,可为更高层协议,如 Telnet、FTP 和 供给安全业务。SSL 供给的安全业务和 TCP 层一样,承受了公开密钥和私人密钥两种加密体制对
15、Web 效劳器和客户机选项的通信供给保密性、数据完整性和认证。在建立连接过程中承受公开密钥,在会话过程中使用私人密钥。加密的类型和强度则在两端之间建立连接的过程中推断打算。在全部状况下, 效劳器通过以下方法向客户机证明自身:给出包含公开密钥的、可验证的证明;演示它能对用此公开密钥加密的报文进展解密。为了支持客户机,每个客户机都要拥有一对密钥,这要求在 Internet 上通过 Netscape 安排。由于 Internet 中的效劳器数远少于客户机数,因此能否处理签字及密钥治理的业务量是很重要的,并且与客户联系比给商家以同样保证更重要。SSL 协议供给的效劳可以归纳为如下 3 个方面。(1)
16、用户和效劳器的合法性认证使得用户和效劳器能够确信数据将被发送到正确的客户机 和效劳器上。客户机和效劳器都有各自的识别名,由公开 密钥编排。为了验证用户,安全套接层协议要求在握手交 换数据中做数字认证,以此来确保用户的合法性。(2) 加密数据以隐蔽被传送的数据安全套接层协议承受的加密技术既有对称密钥,也有公开密钥。具体来说,就是客户机与效劳器交换数据之前,先 交换 SSL 初始握手信息。在 SSL 握手信息中承受了各种加密技术,以保证其机密性和数据的完整性,并且经数字证 书鉴别,这样就可以防止非法用户破译。(3) 维护数据的完整性安全套接层协议承受密码杂凑函数和机密共享的方法,提 供完整信息性的
17、效劳,来建立客户机与效劳器之间的安全 通道,使全部经过安全套接层协议处理的业务,在传输过 程中都能完整、准确无误地到达目的地。11.6.3 SSL 记录层协议SSL 记录层协议限定了全部发送和接收数据的打包,它供给了通信、身份认证功能,它是一个面对连接的牢靠传输协议,如 TCP/IP 供给安全保护。在 SSL 中,全部数据被封装在记录中。一个记录由两局部组成:记录头和非零长度的数据。记录头可以是 2 字节或 3 字节当有填充数据时使用。SSL 握手层协议的报文要求必需放在一个 SSL 记录层的记录里,但应用层协议的报文允许占用多个 SSL。记录来传送。1. SSL 记录头格式SSL 记录头可以
18、是 2 个或 3 个字节长的编码。SSL 记录头包含的信息有记录头的长度、记录数据的长度,以及记录数据中是否有填充数据,其中填充数据是在使用块加密blocken-cryption算法时,填充实际数据,使其长度恰好是块的整数倍。最高位为 1 时,不含有填充数据,记录头的长度为 2 个字节,记录数据的最大长度为 32767 个字节;最高位为 0 时,含有填充数据,记录头的长度为 3 个字节,记录数据的最大长度为 16383 个字节。SSL 记录层构造如图 11-10 所示。图 11-10SSL 记录层构造当数据头长度是 3 个字节时,次高位有特别的含义。次高位为 1 时,表示所传输的记录是一般的数
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