ssl 密钥交换（密钥协商）算法及其原理

本文主要是介绍ssl 密钥交换（密钥协商）算法及其原理，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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这里是一个加密套件的例子：

TLS _ECDHE_ RSA _ WITH_AES_128_GCM _ SHA256

　　TLS是协议。从ECDHE开始，在握手期间，密钥将通过临时ECDHE进行交换。RSA是认证算法。AES_128_GCM是批量加密算法。SHA-256是散列算法。

◇密钥协商的步骤

　　（下列步骤只阐述原理，具体的协议细节在下一篇讲）

1. 客户端连上服务端
2. 服务端发送 CA 证书给客户端
3. 客户端验证该证书的可靠性
4. 客户端从 CA 证书中取出公钥
5. 客户端生成一个随机密钥 k，并用这个公钥加密得到 k'
6. 客户端把 k' 发送给服务端
7. 服务端收到 k' 后用自己的私钥解密得到 k
8. 此时双方都得到了密钥 k，协商完成。

◇如何防范偷窥（嗅探）

　　攻击方式1
　　攻击者虽然可以监视网络流量并拿到公钥，但是【无法】通过公钥推算出私钥（这点由 RSA 算法保证）

　　攻击方式2
　　攻击者虽然可以监视网络流量并拿到 k'，但是攻击者没有私钥，【无法解密】 k'，因此也就无法得到 k

◇如何防范篡改（假冒身份）

　　攻击方式1
　　如果攻击者在第2步篡改数据，伪造了证书，那么客户端在第3步会发现（这点由证书体系保证）

　　攻击方式2
　　如果攻击者在第6步篡改数据，伪造了k'，那么服务端收到假的k'之后，解密会失败（这点由 RSA 算法保证）。服务端就知道被攻击了。

★基于 DH 的密钥协商

◇概述

　　DH 算法又称“Diffie–Hellman 算法”。这是两位数学牛人的名称，他们创立了这个算法。该算法用来实现【安全的】“密钥交换”。它可以做到——“通讯双方在完全没有对方任何预先信息的条件下通过不安全信道创建起一个密钥”。这句话比较绕口，通俗地说，可以归结为两个优点：
1. 通讯双方事先【不】需要有共享的秘密。
2. 用该算法协商密码，即使协商过程中被别人全程偷窥（比如“网络嗅探”），偷窥者也【无法】知道协商得出的密钥是啥。

　　但是 DH 算法本身也有缺点——它不支持认证。也就是说：它虽然可以对抗“偷窥”，却无法对抗“篡改”，自然也就无法对抗“中间人攻击/MITM”（在本系列的前一篇，俺已经强调过了——缺乏身份认证，【必定会】遭到“中间人攻击/MITM”）。
　　为了避免遭遇 MITM 攻击，DH 需要与其它签名算法（比如 RSA、DSA、ECDSA）配合——靠签名算法帮忙来进行身份认证。当 DH 与 RSA 配合使用，称之为“DH-RSA”，与 DSA 配合则称为“DH-DSA”，以此类推
　　反之，如果 DH 【没有】配合某种签名算法，则称为“DH-ANON”（ANON 是洋文“匿名”的简写）。此时会遭遇“中间人攻击/MITM”。（具体的中间人攻击手法，可以参见本系列前一篇）

密钥协商的步骤

　　（下列步骤只阐述原理，具体的协议细节在下一篇讲）

1. 客户端先连上服务端
2. 服务端生成一个随机数 s 作为自己的私钥，然后根据算法参数计算出公钥 S（算法参数通常是固定的）
3. 服务端使用某种签名算法把“算法参数（模数p，基数g）和服务端公钥S”作为一个整体进行签名
4. 服务端把“算法参数（模数p，基数g）、服务端公钥S、签名”发送给客户端
5. 客户端收到后验证签名是否有效
6. 客户端生成一个随机数 c 作为自己的私钥，然后根据算法参数计算出公钥 C
7. 客户端把 C 发送给服务端
8. 客户端和服务端（根据上述 DH 算法）各自计算出 k 作为会话密钥

◇如何防范偷窥（嗅探）

　　嗅探者可以通过监视网络传输，得到算法参数（模数p，基数g）以及双方的公钥，但是【无法】推算出双方的私钥，也【无法】推算出会话密钥（这是由 DH 算法在数学上保证的）

◇如何防范篡改（假冒身份）

　　攻击方式1
　　攻击者可以第4步篡改数据（修改算法参数或服务端公钥）。但因为这些信息已经进行过数字签名。篡改之后会被客户端发现。

　　攻击方式2
　　攻击者可以在第7步篡改客户端公钥。这步没有签名，服务端收到数据后不会发现被篡改。但是，攻击者篡改之后会导致“服务端与客户端生成的会话密钥【不一致】”。在后续的通讯步骤中会发现这点，并导致通讯终止。
　　（下一篇讲具体协议的时候会提到：协议初始化/握手阶段的末尾，双方都会向对方发送一段“验证性的密文”，这段密文用各自的会话密钥进行【对称】加密，如果双方的会话密钥不一致，这一步就会失败，进而导致握手失败，连接终止）

★DH 的变种

◇基于“椭圆曲线”的 ECDH

　　DH 算法有一个变种，称之为 ECDH（全称是“Elliptic Curve Diffie-Hellman”）。维基条目在“这里”
　　它与 DH 类似，差别在于：
DH 依赖的是——求解“离散对数问题”的困难。
ECDH 依赖的是——求解“椭圆曲线离散对数问题”的困难。

　　ECDH 的数学原理比 DH 更复杂。考虑到本文读者大都【不是】数学系出身，俺就不展开了。
　　ECDH 跟 DH 一样，也是【无认证】的。同样需要跟其它签名算法（比如 RSA、DSA、ECDSA）配合。

◇对 DH 和 ECDH 进行“临时密钥”的改良——DHE 和 ECDHE

　　刚才介绍的 DH 和 ECDH，其密钥是持久的（静态的）。也就是说，通讯双方生成各自的密钥之后，就长时间用下去。这么干当然比较省事儿（节约性能），但是存在某种安全隐患——无法做到“前向保密”（洋文是“forward secrecy”）。
　　为了做到“前向保密”，采用“临时密钥”（洋文是“ephemeral key”）的方式对 DH 和 ECDH 进行改良。于是得到两种新的算法——DHE 和 ECDHE。（这两种新算法的名称，就是在原有名称后面加上字母 E 表示 ephemeral）。其实算法还是一样的，只是对每个会话都要重新协商一次密钥，且密钥用完就丢弃。
　　（估计很多同学不太了解“前向保密”这个概念。俺会在本系列中单独开一帖，介绍“前向保密”的概念及其好处）

这篇关于ssl 密钥交换（密钥协商）算法及其原理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！