ssl/tls是什么？是怎么工作的？

桃扇骨 2023-07-18 02:36 68阅读 0赞

最近在思考一个关于邮箱服务器的问题，其中涉及到了SSL/TLS加密传输，于是想研究一下什么，到底是怎么实现加密的，通过查找各方面的资料，发现这个涉及到的东西还蛮多的，可以单独写一篇文章整理一下自己的理解。

### SSL/TLS是什么？ ###

SSL（安全套接字层）是一种标准安全协议，用于在在线通信中建立Web服务器和浏览器之间的加密链接。

那TLS又是什么？Transport Layer Security (TLS)是SSL协议（Secure Sockets Layer）的升级版，TLS 1.0通常被标示为SSL 3.1，TLS 1.1为SSL 3.2，TLS 1.2为SSL 3.3。现在习惯将这个两个组合在一起称为SSL/TLS，只要知道它是一种用于加密的安全协议就好了。

当网页期望用户提交机密数据（包括个人信息，密码或信用卡详细信息）时，网页应使用加密，这个时候web服务器就应该使用HTTPS协议来传输数据，它其实就是HTTP和SSL/TLS结合实现的；同样的还有SMTPS，它是加密的简单邮件通信协议，这样在传输邮件的时候就不是明文传输了，一般我们在设置邮箱服务器的时候可以选择是否勾选SSL/TLS的，如果没有勾选的话邮件就是明文传输了。

### SSL/TLS有什么作用？ ###

这里参考了网上的一些观点：  
不使用SSL/TLS的HTTP通信，就是不加密的通信。所有信息明文传播，带来了三大风险。

*  窃听风险（eavesdropping）：第三方可以获知通信内容。
 *  篡改风险（tampering）：第三方可以修改通信内容。
 *  冒充风险（pretending）：第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的，希望达到

*  所有信息都是加密传播，第三方无法窃听。
 *  具有校验机制，一旦被篡改，通信双方会立刻发现。
 *  配备身份证书，防止身份被冒充。

### SSL证书 ###

先说明一下：SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。

在讲SSL/TLS的工作流程之前，先要说明一下SSL证书这个东西，来思考一个问题：  
基本思路里面的公钥加密法，如何保证公钥不被篡改？答案是：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。

那SSL证书是什么？怎么保证它是可信任的？  
SSL 证书就是遵守 SSL协议，由`受信任的数字证书颁发机构CA`，在验证服务器身份后颁发，具有服务器身份验证和数据传输加密功能。  
怎么才能申请到SSL证书？或者说影响该证书申请的因素有哪些？  
影响证书的因素：申请中提到的企业/公司是否有合法身份以及申请人是否控制证书中提到的域名。

申请到证书的步骤是怎么样的？

1.  制作CSR文件  
    CSR就是Certificate Signing Request证书请求文件。这个文件是由申请人制作，在制作的同时，系统会产生2个密钥，一个是公钥就是这个CSR文件，另外一个是私钥，存放在服务器上。要制作CSR文件，申请人可以参考WEB SERVER的文档，一般APACHE等，使用OPENSSL命令行来生成KEY+CSR2个文件。
2.  CA认证  
    域名认证，一般通过对管理员邮箱认证的方式，这种方式认证速度快，但是签发的证书中没有企业的名称；  
    企业文档认证，需要提供企业的营业执照。一般需要3-5个工作日。 也有需要同时认证以上2种方式的证书，叫EV证书，这种证书可以使IE7以上的浏览器地址栏变成绿色，所以认证也最严格。
3.  证书的安装  
    在收到CA的证书后，可以将证书部署上服务器，一般APACHE文件直接将KEY+CER复制到文件上，然后修改HTTPD.CONF文件。

注意：证书分为单域证书、通配符证书、多域证书、扩展验证证书，申请证书的时候要看是申请那一类了。

证书在什么情况下被使用？是怎么使用的？

1.  我们在点击web站点的时候，比如输入[https://www.domain.com][https_www.domain.com] ，进行dns解析后web服务器进行响应，web服务器自动传送[https://www.domain.com][https_www.domain.com] 网站的数字证书给用户，上文说到了，证书是安装在web服务器里面的，证书里面含有公钥，所以这里相当于服务器把公钥传递给了客户端，当然服务器那里还有自己的私钥，具体过程如下图。
    
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2.  客户端是使用浏览器进行操作的，不同版本的浏览器自动产生40位或128位的会话密钥，用于对交易的信息进行加密，也就是说客户向服务器索要公钥后还要与服务器协商生成一个“会话秘钥”。  
    如下图，第三步获取到crt证书后，需要检验证书是否有效，如果无效则会显示警告信息，有效则生成一个随机数，即会话密钥，这个会话密钥再使用crt里面的公钥加密后传输给web服务器，服务器使用自己的私钥进行解密，获取浏览器生成的随机“会话密钥”，现在客户端服务器都知道这个“会话密钥”了，后续通信都用这个会话密钥进行加密通信了。
    
     
    
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### SSL是怎么工作的？ ###

简单概括就是：

1.  客户端向服务器端索要并验证公钥。
2.  双方协商生成"对话密钥"。
3.  双方采用"对话密钥"进行加密通信。  
    具体是怎么协商生成“会话密钥”的，上文提到了，这里还有一个疑问，为什么不直接使用crt证书里面的公钥进行加密，再使用服务器里面的私钥进行解密呢？更何况服务器里面的私钥也可以进行加密，crt里面的证书再进行解密即可。  
    原因为：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个"会话密钥"（session key），用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥加密是非对称加密，比较耗时间，所以证书里面的公钥只用于加密"会话密钥"本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。

那么会话密钥和公钥有什么区别呢？

1.  会话加密是非对称加密，服务器和客户端协商后生产一个会话密钥，所以服务器和客户端是共享一个相同的密钥的，当然不是服务器和所有客户端共享一个相同的密钥，而是每个客户端都有自己的密钥，比较这个会话密钥是客户端（浏览器）随机生成的，所以服务器需要维护多个密钥。
2.  公钥是采用的非对称加密，服务器把证书（公钥）下发给每个用户正在使用的客户端（浏览器），所以是客户端共享公钥，服务器只掌控私钥，服务端与客户端密钥是一个1对多的关系，客户端发送的加密信息只能服务端解密，安全级别也更高，但是由于非对称加密太慢了，才采用了不同客户端不同密钥的“会话密钥”来解决这个问题。

具体TLS/SSL里面涉及到的非对称加密和对称加密的区别以及算法如下图所示：

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总的来说，客户端（浏览器）与web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，会话密钥即图中的随机数。

### 结束语 ###

对SSL/TLS涉及到的底层原理做了一个大概的说明，对学习过程中遇到的一些问题做了理解和解答，把一些问题理清楚后，对概念的理解就更加深刻了，比如明白了某个技术的由来背景，为什么会出现这个东西，问题的初衷是什么？怎么实现的？有哪些应用场景，如果把这些都调查清楚，那无论是对这个技术的使用还是新技术的创新都是有好处了，比只会用这个东西来做一些事情局限于表面工程要好得多，之前听大佬讲，有的人工作了6,7年，比别人刚毕业处理工作1,2年写出来的文章还要屎，听后感觉都可怕和悲哀，好好沉淀下去，打好基础，哪怕是寒冬来了也就不慌了，后续有时间再研究一下SSL证书申请的具体事宜。

作者：来风的官方网站  
链接：https://www.jianshu.com/p/ae13193fa241  
来源：简书  
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