听说这是程序员被黑得最惨的一次 - SSL/TLS协议原理解析

本文系做者学习后巩固知识点，错误之处烦请点出，本文从叙述一个小故事的视角来介绍 SSL/TLS 的原理，但愿对读者有所启发。

背景

程序员小明想给隔壁小红写信表白，可是又不想让信件内容被其余人看见，但愿只有小红才能看见信件内容，火烧眉毛的小明的大脑飞快运转起来。

小明

预备基础知识

• 对称密钥加密（Symmetric Key Cryptography）：加密与解密使用相同密钥。对称加密算法的特色是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。缺点是交易双方都使用一样钥匙，安全性得不到保证。

• 非对称密钥加密（Asymmetric Key Cryptography）：加密与解密使用不一样密钥。非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，并且公钥是公开的，秘钥是本身保存的，其安全性更好。缺点是加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少许数据进行加密。

• 哈希算法（Hash Algorithm）：又称散列算法，杂凑算法，是一种从任意文件中创造小的数字「指纹」的方法。与指纹同样，散列算法就是一种以较短的信息来保证文件惟一性的标志，这种标志与文件的每个字节都相关，并且难以找到逆向规律。所以，当原有文件发生改变时，其标志值也会发生改变，从而告诉文件使用者当前的文件已经不是你所需求的文件。

信件加密（对称加密）

小明想到对信件内容进行加密，而加密算法通常分为 对称加密 与 非对称加密 两种。非对称加密对加密性能较差，对加密内容有长度限制，因此加密信件内容咱们只能选择对称加密方式。使用对称加密算法和一个 会话秘钥 对信件内容加密，当小明把加密好的信件送给小红，小红收到密信后须要使用同一个会话秘钥进行解密，小明该如何才能安全地把会话秘钥送到小红手上呢？

信件加密

会话秘钥加密（非对称加密）

直接将会话秘钥和信件打包一块儿发出去，若是赶上了和小明同样懂得加密算法的程序员，那信件内容至关于不设防，因此咱们也要想办法对秘钥进行加密，由于秘钥的长度通常都不会太长，因此咱们可使用非对称加密算法加密秘钥 。

非对称加密秘钥有两份，能够任选一把做为 私钥 ，供本身使用，另一把做为 公钥 ，分发出去供收信方使用。小明用本身的私钥对会话秘钥进行加密，这样会话密钥就能够确保安全了。可是小明仍然没法保证公钥能安全送到小红手中，若是公钥被坏人获得了，甚至能够假冒成小红与小明互相通讯，细思恐极之下，小明陷入了深思中。

一对秘钥

权威机构

N多年过去了，小明经过不懈努力，终于找到了安全传输公钥的办法。小明创建了一个权威机构，该权威机构专门颁布一种数字证书，因为该权威机构驰名海内网而且公认信用可靠，它颁布数字证书基本能够肯定证书内容可靠，在其之下还有不少各级证书颁布机构，受大众信任程度各不相同。咱们的电脑在安装操做系统时，系统顺带安装了一些受信任的证书颁布机构的证书，证书包含有这些机构秘钥对应的公钥。

权威机构

数字证书

小明只要去证书颁布机构申请一个数字证书，数字证书中包含了很多于如下几项内容：

• 证书的发布机构
• 证书的有效期
• 公钥
• 证书的全部者
• 签名所使用的算法
• 指纹以及指纹算法

数字证书

而后将数字证书发给小红，小红获得数字证书后，经过证书发布机构的公钥(默认安装在系统中)能够对证书内容解密，若是成功解密，说明该证书来源真实可靠，以该证书颁布机构的名誉保证。数字证书中的 证书全部者 保证了公钥来自于小明，而不是来自于隔壁老王的儿子小王。来源可靠，可是不能保证证书内容没有被别人篡改，这个时候就涉及到了指纹和数字签名。

指纹

1. 指纹加密

证书颁布机构在给小明发证书时，把证书的发布机构、证书的有效期、公钥、证书的全部者等信息以明文的形式写到证书里面，而后用一个指纹算法计算出这些数字证书内容的一个指纹，并把指纹和指纹算法用本身的私钥进行加密获得数字签名，而后这些内容一块儿打包发给小明，还会将一个专属于小明私钥给到小明，这个私钥和证书中的公钥为一对。

指纹

2. 指纹验证

而这个证书由小明又转送至小红手中，首先小红读取证书中的证书颁发机构为SecureTrust CA ，而后会在操做系统中受信任的发布机构的证书中去找SecureTrust CA的证书，若是找不到，那说明证书的发布机构是个水货发布机构，小明的证书和内容可能有问题。 若是在系统中找到了SecureTrust CA的证书，那么从证书中取出SecureTrust CA的公钥，而后对小明的证书里面的数字签名用这个公钥进行解密，获得指纹和指纹算法，而后使用这个指纹算法计算小明的证书的指纹，将这个计算出来指纹与放在证书中的指纹对比，若是一致，说明小明的证书确定没有被修改过而且证书是SecureTrust CA发布的。

指纹验证

握手流程

最终小红能够安全地拿到小明的公钥，每次写信的时候随机生成一个会话秘钥，再使用公钥对会话秘钥加密后发给小明，小明用本身的私钥解密获得会话秘钥，而后对会话秘钥hash后，将hash值加密发回给小红，小红使用公钥解密获得hash值，而后本身也对会话秘钥进行hash计算，对比本身算出的hash值和对方发过来的hash值，若是一直就能够确认对方是持有私钥的小明了。而后双方就可使用这个会话秘钥进行通讯了。

握手过程

虽然如今信件若是被第三方持有了也没法得知信件内容，可是赶上无聊的人他仍然能够对信件内容进行破坏。在每次发送信息时，先对信息的内容进行一个hash计算得出一个指纹，将信息的内容和这个指纹一块儿加密后发送。接收方在收到后进行解密获得明文的内容和指纹，而后接收方再本身对收到信息内容作一次hash计算，与收到的指纹进行对比看是否匹配，若是匹配就说明信息在传输过程当中没有被修改过。若是不匹配说明中途有人故意对加密数据进行了修改，马上中断通话过程后作其它处理。

小红发送信息

服务端.png

结语

到这里，小明终于能够给小红写信了，然而小红已经和隔壁老王的儿子小王在一块儿了。小明气急，磨刀霍霍向小王...

欲知后事如何，赶忙点赞。有错误之处烦请指出

参考

• 小王的泡妞秘典
• 小红的心情日记