SSL 与数字证书 -- SSL的基本原理

目录
第一章    为什么网络是不安全的？
第二章    信息安全的基本概念 
    第一节 安全的定义  
    第二节 认证与授权  
第三章    加密与算法  
    第一节 散列（HASH）  
    第二节 对称加密（SYMMETRIC CRYPTOGRAPHY）  
    第三节    非对称加密（ASYMMETRIC CRYPTOGRAPHY）  
    第四节 数字签名（DIGITAL SIGNATURE）  
第四章    数字证书  
    第一节    数字证书的构成  
    第二节 如何验证数字证书？   
    第三节 数字证书的级联（CERTIFICATE CHAIN）   
第五章    SSL的基本原理   
结束语   

 

第五章    SSL的基本原理

现在回到我们最原始的问题，由于Internet的架构问题，信息在网络上传输是很容易被别人获取的，那如何建立一个安全的传输网络呢？前面我们讨论了很多保证信息安全的技术，而SSL就是建立在这些技术的基础上的一套协议，用来保证通信的安全。SSL全称是 Secure Sockets Layer，它是一种间于传输层（比如TCP/IP）和应用层（比如HTTP）的协议。具体的SSL协议很复杂，我这里只讲一个大概。

最简单的方法来保证通信安全是用非对称加密。我们前面讲过数字证书的认证，如果双方都认证了对方的数字证书，那么每次传输信息的时候都用对方的公钥加密，这样就只有对方能解密，从而保证了信息的安全。但是对于日常应用（比如网页浏览）有两个问题：
    1.    非对称加密速度缓慢，消耗资源
    如果客户端和服务器之间传输文件用非对称加密的话，速度一定慢的忍无可忍。
    2.    不可能要求每个用户都去申请数字证书
    申请数字证书是一个相当麻烦的过程，要求每个上网的用户都拥有证书是不可能的事情。
SSL通过“握手协议”和“传输协议”来解决上述问题。握手协议是基于非对称加密的，而传输协议是基于对称加密的。根据不同的应用，SSL对证书的要求也是不一样的，可以是单方认证（比如HTTP, FTP），也可以是双方认证（比如网上银行）。通常情况下，服务器端的证书是一定要具备的，客户端的证书不是必须的。下面两张图片显示了SSL握手的过程。

图9：SSL握手，单方服务器认证

图10：SSL握手，双方认证

握手协议可以看成是客户端和服务器协商的一个过程，结果就是一个对称密钥，然后就进入了传输协议的部分。也许，你在想，“现在还不简单吗？用这个对称密钥加密传输数据呗！”。否，没那么简单。先来看一下结果，等会儿再解释原因。在通信双方协商出一个对称密钥以后，他们用这个密钥来加密传输的数据。同时为每个消息生成时间戳，用此密钥为消息和相应的时间戳生成消息认证码（MAC）。也就是说，每次发送的内容包括

Encrypt(message) + MAC(message + timestamp)
这么做有几个好处：
    1.    防止消息的篡改
    所谓消息篡改就是有第三者插在通信双方之间，篡改往来的消息。由于消息是加密的，第三者不能获得消息的内容，但是他可以闭着眼睛瞎改。如果没有MAC的话，接受者就无法判断此消息是否被篡改过。
    2.    防止消息重放
    消息的重放是只第三者记录下通信双方的每一次发送的消息，虽然他不能获得消息的内容。但是它可以通过重新发送客户端或者服务端的信息来把自己装成是客户端或者服务端。如果在MAC里面加上了时间戳，消息接收方验证时间戳就可以阻止消息的重放攻击。
SSL的基本思想是用非对称加密来建立链接（握手阶段），用对称加密来传输数据（传输阶段）。这样既保证了密钥分发的安全，也保证了通信的效率。

通过上面对SSL的分析，我们可以看到，SSL并不能阻止别人获得你传输的数据，但是由于你传输的数据都是加密过的，别人拿到了毫无用处，一样可以保护信息的安全。还有一点需要强调一下，SSL并不依赖于TCP，它可以建立在任何可靠的传输层协议（比如TCP）之上。也就是说SSL是不能建立在UDP之上的。这是显然的，如果传输都不可靠，偶尔丢两个包或者包的顺序换一换的话，怎么保证安全呢？