SSL/TLS握手协议

1. 基础概念与需求
   SSL（安全套接层）和其继任者TLS（传输层安全）是为网络通信提供安全及数据完整性的协议。在互联网上传输敏感信息（如密码、信用卡号）时，如果使用明文协议（如HTTP），数据容易被窃听和篡改。SSL/TLS的核心需求就是解决这三个问题：机密性（通过加密防止窃听）、完整性（通过消息认证码防止篡改）和身份验证（通过数字证书验证服务器身份，有时也验证客户端身份）。

2. 协议位置与组成
   SSL/TLS协议位于应用层（如HTTP， FTP）和传输层（TCP）之间。它本身是一个分层的协议，主要分为两层：

   • 握手协议：这是最复杂的子协议，负责在传输应用数据前，进行加密算法协商、交换密钥、验证身份等。这是本次词条的核心。
   • 记录协议：位于握手协议下层。它负责使用握手协议协商好的参数，对应用数据进行分块、压缩（已弃用）、加密和附加消息认证码（MAC），然后传给TCP传输。它确保了数据的机密性和完整性。

3. 握手协议详解 - 核心步骤
   握手协议的目标是建立一个安全的会话状态，包含后续通信所需的加密密钥和参数。以最常见的“基于RSA的TLS握手”为例，其主要步骤如下：

   步骤一：ClientHello
   客户端向服务器发起连接，并发送一条“ClientHello”消息，内容包含：客户端支持的TLS协议版本、一个客户端随机数、支持的密码套件列表（如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256）以及支持的压缩方法等。

   步骤二：ServerHello
   服务器响应“ServerHello”消息，内容包含：从客户端列表中选择的协议版本、一个服务器随机数、选择的密码套件和压缩方法。

   步骤三：服务器证书与密钥交换
   服务器发送自己的数字证书，该证书由可信的证书颁发机构签发，包含了服务器的公钥和身份信息。根据所选密码套件，服务器可能还会发送“ServerKeyExchange”消息（例如，在基于迪菲-赫尔曼交换时发送DH参数）。

   步骤四：服务器问候结束
   服务器发送“ServerHelloDone”消息，表明握手协商部分结束。

   步骤五：客户端密钥交换与验证
   客户端验证服务器的证书（检查颁发机构是否可信、证书是否在有效期内、域名是否匹配等）。验证通过后，客户端生成一个预主密钥，并用服务器证书中的公钥加密，通过“ClientKeyExchange”消息发送给服务器。只有拥有对应私钥的服务器才能解密出预主密钥。

   步骤六：密钥生成与密码切换通知
   此时，客户端和服务器都拥有了三个共同的元素：客户端随机数、服务器随机数和预主密钥。双方使用相同的密钥派生函数，根据这三个值计算出一组主密钥，进而派生出用于后续记录协议加密和完整性验证的会话密钥（包括对称加密密钥和MAC密钥）。然后双方发送“ChangeCipherSpec”消息，通知对方后续消息将使用协商好的加密参数进行保护。

   步骤七：握手完成验证
   双方分别发送一个“Finished”消息。这个消息是对之前所有握手消息的加密摘要（使用会话密钥）。对方收到后验证其正确性，以确保整个握手过程未被篡改。验证成功后，安全的TLS通道就此建立。

4. 关键特性与演进

   • 前向安全性：上述基于RSA的握手不具备完美的前向安全性。现代TLS更推荐使用ECDHE（基于椭圆曲线的迪菲-赫尔曼临时密钥交换）等算法。在这种模式下，即使服务器的长期私钥未来泄露，过去的通信记录也不会被解密。
   • 会话恢复：为了提升性能，TLS提供了会话恢复机制（通过会话ID或会话票据），允许客户端和服务器跳过完整的握手流程，快速重建安全会话。
   • 协议版本：SSL因存在严重漏洞已被彻底淘汰。应使用TLS 1.2或更安全的TLS 1.3。TLS 1.3极大地简化了握手过程，减少了往返次数，并禁用了不安全的加密算法。

5. 应用与重要性
   SSL/TLS握手协议是HTTPS、SMTPS、FTPS等安全服务的基础。当你访问网站时，浏览器地址栏显示的锁形图标，就代表成功完成了与服务器的TLS握手，建立了加密连接。它是互联网信任和安全体系的基石之一，保护着全球绝大部分的Web流量和数据传输。