安全套接层SSL协议

SSL（Secure Sockets Layer）协议最先是由著名的Netscape公司开发的，现在被广泛用于Internet上的身份认证与Web服务器和用户端浏览器之间的数据安全通信。

制定SSL协议的宗旨是为通信双方提供安全可靠的通信协议服务，在通信双方间建立一个传输层安全通道。SSL使用对称加密来保证通信保密性，使用消息认证码（MAC）来保证数据完整性。SSL主要使用PKI在建立连接时对通信双方进行身份认证。IETF的传输层安全（TLS）协议（RFC 2246 1999）及无线访问协议（WAP）论坛的无线传输层安全协议（WTIS）都是SSI的后续发展。协议包括两个层次：其较低的SSL记录层协议位于传输协议TCP/IP之上。SSL记录协议用来对其上层的协议进行封装。握手协议就在这些被封装的上层协议之中，它允许客户端与服务器彼此认证对方；并且在应用协议发出或收到第一个数据之前协商加密算法和加密密钥。这样做的原因就是保证应用协议的独立性，使低级协议对高级协议是透明的。

目前，Internet上对7层网络模型的每一层都已提出了相应的加密协议。在所有的这些协议中，会话层的SSL和应用层的SET与电子商务的应用关系最为密切。

因此，SSL已成为用户与Internet之间进行保密通信的事实标准，支持SSL也已经成为每个浏览器的内置功能。SSL包括握手和记录两个子协议。这两个子协议均可以提供与应用尤其是与HTTP的连接。这种连接经过了认证和保密，可以防止篡改。

SSL可以嵌入Internet的处理栈内，位于TCP/IP之上和应用层之下，而不会对其他协议层造成太大影响。SSL同样能够与其他Internet应用一起使用，如Intranet和Extranet访问、应用安全、无线应用及Web服务等。通过对离开浏览器的数据进行加密，并在其进入数据中心之后进行解密，SSL实现对Internet的数据通信进行保护。

SSL对话是由连接和应用组成的。在连接对话期间，客户机和服务器交换证书并就安全参数进行磋商。如果客户机接受服务器的证书，就会建立一个主密钥，这个主密钥将被用来对随后进行的通信进行加密。

在应用对话期间，客户机和服务器之间可以安全地传递信息，如信用卡号、股票交易数据、个人医疗数据以及其他敏感数据。SSL提供以下三种机制以确保安全：认证，能够对服务器或连接各端的客户机和服务器进行认证；保密，能够对信息进行加密，只有交流信息的双方才能访问并理解加密信息；完整性，可以防止信息内容在未经检测的情况下被修改，接收方可以确信他们收到的是无法进行修改的信息。

保密通信过程中的一个关键步骤就是对双方身份进行认证。SSL握手子协议就具有之一功能。服务器与客户机之间的以下举动可以使认证动作变得更快捷：客户机对服务器进行认证；让客户机和服务器选择所需要的密码算法和安全水平；服务器有选择地对客户机进行认证；使用公共密钥密码生成可以共享的密钥，随后利用这些密钥传输真正的保密数据；建立SSL连接。

SSL记录子协议负责加密数据的传送。以下动作可以使数据传送变得更快捷：数据被分解成小的可以使用的块，称作片断；通过一个具有完整性的“包装纸”使数据不被修改；数据加密后就可以贴上“包装纸”了。

以往，电子商务的许多应用是不进行客户机认证的。不过，目前各公司都将SSL作为一项协议供数据中心里的新应用使用。对于基于SSL的VPN，以及那些需要对终端用户进行额外认证的应用而言，客户机认证正在成为一种趋势。

客户机认证使得服务器可以使用与允许客户机对服务器进行认证相同的技术，在协议之内对用户身份进行确认。尽管两者认证的信息流极为不同，但是从概念上来看，其过程与服务器认证是相同的。这一过程同样也会在SSL握手子协议之内进行。在这种情况下，客户机必须向服务器提供有效的证书。服务器可以通过使用公共密钥密码学的标准技术对终端用户的有效性进行认证。

SSL所具有的灵活性和强劲的生命力使其无所不在。可以预言的是，在SSL成为企业应用、无线访问设备、Web服务以及安全访问管理的关键性协议的同时，SSL的应用将继续大幅度增长。下面论述SSL原理和工作过程。

 

1  SSL协议概述

1．SSL协议的作用

SSL是提供Internet上的通信隐私性的安全协议。该协议允许客户端/服务器应用之间进行防窃听、防消息篡改及防消息伪造的安全的通信。
TCP/IP是整个Internet数据传输和通信所使用的最基本的控制协议，在它之上还有HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、LDAP（Lightweight Directory Access Protoco1）、IMAP（Internet Messaging Access Protocol）等应用层传输协议。而SSL是位于TCP/IP和各种应用层协议之间的一种数据安全协议（如图1l-8所示）。SSL协议可以有效地避免网上信息的偷听、篡改及信息的伪造。

图11-8  SSL协议的位置

SSL标准的关键是要解决以下几个问题。

（1）客户对服务器的身份确认：SSL服务器允许客户的浏览器使用标准的公钥加密技术和一些可靠的认证中心（CA）的证书，来确认服务器的合法性（检验服务器的证书和ID的合法性）。对于用户服务器身份的确认与否是非常重要的，因为客户可能向服务器发送自己的信用卡密码。

（2）服务器对客户的身份确认：允许SSL服务器确认客户的身份，SSL协议允许客户服务器的软件通过公钥技术和可信赖的证书来确认客户的身份（客户的证书）。对于服务器客户身份的确认与否是非常重要的，因为网上银行可能要向客户发送机密的金融信息。

（3）建立起服务器和客户之间安全的数据通道：SSL要求客户和服务器之间所有的发送数据都被发送端加密，所有的接收数据都被接收端解密，这样才能提供一个高水平的安全保证。同时SSL协议会在传输过程中检查数据是否被中途修改。

2．SSL协议的目标

按它们的优先级，SSL协议的目标如下。

（1）在通信双方之间利用加密的SSL消息建立安全的连接。

（2）互操作性。通信双方的程序是独立的，即一方可以在不知道对方程序编码的情况下，利用SSL成功地交换加密参数。

注意：并不是所有的SSL实例（甚至在同一应用程序内）都可以成功地连接。例如，如果服务器支持一特定的硬件令牌（token），而客户端不能访问此令牌，则连接不会成功。

（3）可扩展性。SSL寻求提供一种框架结构，在此框架结构中，在不对协议进行大的修改的情况下，可以在必要时加入新的公钥算法和单钥算法。这样做还可以实现两个子目标：

避免产生新协议的需要，因而进一步避免了产生新的不足的可能性；

避免了实现一完整的安全协议的需要。

相对于有效性加密操作，尤其是公钥加密，对CPU来说是一种很耗时的事，因此SSL协议引入一个可选的对话缓存（Cache）来减少从头开始的连接数目。同时，它还注意减少网络的活动。

3．SSL主要组成

SSL协议由两层组成，分别是握手协议层和记录协议层。握手协议建立在记录协议之上，此外，还有警告协议、更改密码说明协议和应用数据协议等对话协议和管理提供支持的子协议。SSL协议的组成及其TCP/IP中的位置如图11-9所示。

图11-9  SSL协议的组成及其在TCP/IP中的位置

在图11-9中的每一层，可以包括长度、描述和内容字段。SSL发出消息是将数据分为可管理的块、压缩、使用MAC和加密并发出加密的结果。接受消息需要解密、验证、解压和重组，再把结果发往更高一层的客户。

（1）记录协议

具体实现压缩/解压缩、加密/解密、计算机MAC等与安全有关的操作。建立之上的还有：

更改密码说明协议：此协议由一条消息组成，可由客户端或服务器发送，通知接收方后面的记录将被新协商的密码说明和密钥保护；接收方获得此消息后，立即指示记录层把即将读状态变成当前读状态；发送方发送此消息后，应立即指示记录层把即将写状态变成当前写状态。

警告协议：警告消息传达消息的严重性并描述警告。一个致命的警告将立即终止连接。与其他消息一样，警告消息在当前状态下被加密和压缩。警告消息有以下几种：

关闭通知消息、意外消息、错误记录MAC消息、解压失败消息、握手失败消息、无证书消息、错误证书消息、不支持的证书消息、证书撤回消息、证书过期消息、证书未知和参数非法消息等。

应用数据协议：将应用数据直接传递给记录协议。

（2）握手协议

SSL握手协议是用来在客户端和服务器端传输应用数据而建立的安全通信机制。

算法协商：首次通信时，双方通过握手协议协商密钥加密算法、数据加密算法和文摘算法。

身份验证：在密钥协商完成后，客户端与服务器端通过证书互相验证对方的身份。

确定密钥：最后使用协商好的密钥交换算法产生一个只有双方知道的秘密信息，客户端和服务器端各自根据这个秘密信息确定数据加密算法的参数（一般是密钥）。由此可见，SSL协议是端对端的通信安全协议。