HTTPS背后的加密算法

HTTPS背后的加密算法

分分钟让你理解HTTPS

当你在浏览器的地址栏上输入https开头的网址后,浏览器和服务器之间会在接下来的几百毫秒内举行大量的通讯。InfoQ的这篇文章对此有异常详细的形貌。这些庞大的步骤的第一步,就是浏览器与服务器之间协商一个在后续通讯中使用的密钥算法。这个历程简朴来说是这样的:

  1. 浏览器把自身支持的一系列Cipher Suite(密钥算法套件,后文简称Cipher)[C1,C2,C3, …]发给服务器;
  2. 服务器接收到浏览器的所有Cipher后,与自己支持的套件作对比,若是找到双方都支持的Cipher,则见告浏览器;
  3. 浏览器与服务器使用匹配的Cipher举行后续通讯。若是服务器没有找到匹配的算法,浏览器(以Firefox 30为例,后续例子中使用的浏览器均为此版本的Firefox)将给出错误信息:

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  本文将讲述若何探讨这一历程。

  1. 浏览器

  浏览器支持哪些Cipher?这取决于浏览器支持的SSL/TLS协议的版本。习惯上,我们通常把HTTPS与SSL协议放到一起;事实上,SSL协议是Netcape公司于上世纪90年代中期提出的协议,自身发展到3.0版本。1999年该协议由ITEL接受,举行了标准化,改名为TLS。可以说,TLS 1.0就是SSL 3.1版本。在Wikipedia上并没有SSL自力的条目,而是会重定向到TLS,可见两种协议关系之慎密。

  现在TLS最新版本是1.2。互联网上有跨越99%的网站支持TLS 1.0,而支持TLS 1.2的网站尚不足40%。打开Firefox浏览器,在地址栏中输入about:config,然后搜索tls.version,会看到下面的选项:

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  其中security.tls.version.min和security.tls.version.max两项决议了Firefox支持的SSL/TLS版本,凭据Firefox文档的先容,这两项的可选值及其代表的协议是:

  • 0 – SSL 3.0
  • 1 – TLS 1.0
  • 2 – TLS 1.1
  • 3 – TLS 1.2

  因此上图的设置说明当前浏览器支持协议的下限是SSL 3.0,上限是TLS 1.2。现在,若是把security.tls.version.min一项改为3,那么浏览器就只支持TLS 1.2了。前文提到,现在只有不足40%的网站支持TLS 1.2,好比Amazon就不在这40%之列,以是此时接见https://amazon.com,就会收到“Secure Connection Failed”的错误信息,如图1所示。

  领会了SSL/TLS协议后,可以使用Wireshark(或类似的可以抓去网络包的工具)通过剖析网络包的信息,来查看浏览器发送给服务器的所有Cipher。Wireshark是一款使用简朴却异常壮大的抓包工具。

  浏览器会首先提议握手协议,既一个“ClientHello”新闻,在新闻体中,可以找到Firefox支持的Cipher。在Wireshark中,根据Protocol协议排序,然后从TLS 1.2协议的报文中找到一个Info为“Client Hello”的。选中这个,然后在下面的报文信息窗口中依次找到Secure Sockets Layer -> TLSv1.2 Record Layer -> Handshake Protocal -> Cipher Suites。例子中的第一个Cipher是TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256,一共有23个:

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  若是继续找一个Info为“ServerHello”的报文,可以在类似的位置找到服务器返回的Cipher,在本例中是TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA:

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  关于密钥算法这一长串名字的寄义,后面说明。接下来,浏览器就要守候服务器响应它的请求。我们来看一看服务器端都做了些什么。

https原理及流程

  2. 服务器

  让我们以windows为例。若要查看操作系统支持哪些密钥算法,可以运行gpedit.msc,依次进入”Computer Configuration” -> ”Administrative Templates” -> “Network” -> “SSL Configuration Settings”,这时可以在窗口右边看到”SSL Cipher Suite Order”项:

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  点击该项后进入”SSL Cipher Suite Order”。这里可以看到操作系统支持的Cipher的聚集,以及对差别Cipher的排序

HTTPS背后的加密算法「转」

 

  若是需要调整这里排序,或者去掉一些弱的Cipher,可以点击左上角的“Enabled”,然后在“Options”中重写编辑Cipher的列表。若是喜欢下令行,可以通过下面的Powershell下令修改密钥算法套件:

Set-ItemProperty -path HKLM:\SOFTWARE\Policies\Microsoft\Cryptography\Configuration\SSL\0001002 -name Functions -value "XXX,XXX,XXX"

  那么Cipher的这一长串名字是什么寄义呢?实在,每种Cipher的名字里包含了四部门信息,划分是

  • 密钥交流算法,用于决议客户端与服务器之间在握手的历程中若何认证,用到的算法包罗RSA,Diffie-Hellman,ECDH,PSK等
  • 加密算法,用于加密新闻流,该名称后通常会带有两个数字,划分示意密钥的长度和初始向量的长度,好比DES 56/56, RC2 56/128, RC4 128/128, AES 128/128, AES 256/256
  • 报文认证信息码(mac)算法,用于建立报文摘要,确保新闻的完整性(没有被窜改),算法包罗MD5,SHA等。
  • PRF(伪随机数函数),用于天生“master secret”。

  完全搞懂上面的内容似乎还需要一本书的先容(我已经力有未逮了)。不外大致领会一下,有助于明白Cipher的名字,好比前面服务器发回给客户端的Cipher,

  TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA

  从其名字可知,它是

  • 基于TLS协议的;
  • 使用ECDHE、RSA作为密钥交流算法;
  • 加密算法是AES(密钥和初始向量的长度都是256);
  • MAC算法(这里就是哈希算法)是SHA。

  熟悉了Cipher名字背后的寄义后,让我们看看像IIS这样的Web服务器若何选择一个密钥算法呢?如果浏览器发来的密钥算法套件为[C1, C2, C3],而Windows Server支持的套件为[C4, C2, C1, C3]时,C1和C2都是同时被双方支持的算法,IIS是优先返回C1,照样C2呢?谜底是C2。IIS会遍历服务器的密钥算法套件,取出第一个C4,发现浏览器并不支持;接下来取第二个C2,这个被浏览器支持!于是,IIS选择了C2算法,并将它包含在一个“ServerHello”握手协议中,发回给客户端。这就有了图5中的效果。

  3. 选择

  作为浏览器的使用者,你可以让浏览器只能接见支持TLS 1.2协议的站点,以获得更好的平安性,以及更差的体验。作为服务器的维护者,似乎将最强壮的Cipher排在前面是准确的选择。就在前不久,我们开发的一个Web报税系统在一次由第三方举行的平安检查中,被报出的问题之一就是服务器默认的Cipher太弱(RC4-based),于是我们使用了AES-based的Cipher,然则密钥长度只是选择了128,而不是256,背后的担忧主要来自于性能——加密与解密是CPU密集型操作,我们担心到报税忙季时,过强的Cipher会带来性能问题。

  实在像Amazon和google这些互联网公司都在使用RC4-based的加密算法。这又是一次理论与实践的交锋。至于这次对于的线上系统所做的调整会不会对性能产生影响,几个月后就能见分晓了。

 

原文地址:https://kb.cnblogs.com/page/530044/

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