分布式系统开发实战：安全通道

数据安全是一个非常值得关注的问题。数据在网络上传播，数据很容易被侦听、窃取，如果想要实现数据的安全，一个非常重要的方式就是给数据加密。SSL/TLS和TLS就是这类安全协议，它们层叠在其他协议之上，用于实现数据的安全。

19.3.1 SSL/TLS

安全套接字层（Secure Sockets Layer，SS-L）是在网络上应用最广泛的加密协议实现之一。SSL使用结合加密过程来提供网络的安全通信。SSL提供了一个安全的增强标准TCP/IP套接字用于网络通信协议。如表19-1所示，在标准TCP/IP栈的传输层和应用层之间添加了安全套接字层。SSL的应用程序中最常用的是超文本传输协议（HyperTextTransfer Protocol，HTTP），这个是互联网网页协议。其他应用程序，如网络新闻传输协议（Net News Transfer Protocol，NNTP）、Telnet、轻量级目录访问协议（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）、互动信息访问协议（Interactive Message Access Protocol，IMAP）和文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP），也可以使用SSL。

SSL最初是由网景公司在1994年创立的，现在已经演变成为一个标准。由国际标准组织（Internet Engineering Task Force，IETF）进行管理。之后IETF更名为SSL传输层安全（Transport Layer Security，TLS），并在1999年1月发布了第一个规范，版本为1.0。TLS 1.0对于SSL的最新版本3.0版本是一个小的升级。两者差异非常微小。TLS 1.1是在2006年4月发布的，TLS 1.2在2008年8月发布。

19.3.2 SSL握手过程

SSL通过握手过程在客户端和服务器之间协商会话参数，并建立会话。会话包含的主要参数有会话ID、对方的证书、加密套件（密钥交换算法、数据加密算法和MAC算法等）以及主密钥（Master Secret）。通过SSL会话传输的数据，都将采用该会话的主密钥和加密套件进行加密、计算MAC等处理。不同情况下，SSL的握手过程存在差异。下面将

分别描述以下3种情况下的握手过程。

• ·只验证服务器的SSL握手过程。
• ·验证服务器和客户端的SSL握手过程。
• ·恢复原有会话的SSL握手过程。

只验证服务器的SSL握手过程如图19-2所示。

如图19-2所示，只需要验证SSL服务器身份，不需要验证SSL客户端身份时，SSL的握手过程如下。

（1）SSL客户端通过Client Hello消息将它支持的SSL版本、加密算法、密钥交换算法、MAC算法等信息发送给SSL服务器。

（2）SSL服务器确定本次通信采用的SSL版本和加密套件，并通过Server Hello消息通知SSL客户端。如果SSL服务器允许SSL客户端在以后的通信中重用本次会话，则SSL服务器会为本次会话分配会话id，并通过Server Hello消息发送给SSL客户端。

（3）SSL服务器将携带自己公钥信息的数字证书通过Certificate消息发送给SSL客户端。

（4）SSL服务器发送Server Hello Done消息，通知SSL客户端版本和加密套件协商结束，开始进行密钥交换。

（5）SSL客户端验证SSL服务器的证书合法后，利用证书中的公钥加密SSL客户端随机生成的Premaster Secret，并通过Client Key Exchange消息发送给SSL服务器。

（6）SSL客户端发送Change Cipher Spec消息，通知SSL服务器后续报文将采用协商好的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

（7）SSL客户端计算已交互的握手消息（除Change Cipher Spec消息外所有已交互的消息）的Hash值，利用协商好的密钥和加密套件处理Hash值（计算并添加MAC值、加密等），并通过Finished消息发送给SSL服务器。SSL服务器利用同样的方法计算已交互的握手消息的Hash值，并与Finished消息的解密结果比较，如果二者相同，且MAC值验证成功，则证明密钥和加密套件协商成功。

（8）同样地，SSL服务器发送Change Cipher Spec消息，通知SSL客户端后续报文将采用协商好的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

（9）SSL服务器计算已交互的握手消息的Hash值，利用协商好的密钥和加密套件处理Hash值（计算并添加MAC值、加密等），并通过Finished消息发送给SSL客户端。SSL客户端利用同样的方法计算已交互的握手消息的Hash值，并与Finished消息的解密结果比较，如果二者相同，并且MAC值验证成功，则证明密钥和加密套件协商成功。SSL客户端接收到SSL服务器发送的Finished消息后，如果解密成功，则可以判断SSL服务器是数字证书的拥有者，即SSL服务器身份验证成功，因为只有拥有私钥的SSL服务器才能从Client Key Exchange消息中解密得到Premaster Secret，从而间接地实现了SSL客户端对SSL服务器的身份验证。验证服务器和客户端的SSL握手过程如图19-3所示。

SSL客户端的身份验证是可选的，由SSL服务器决定是否验证SSL客户端的身份。如图19-3中（4）、（6）、（8）部分所示，如果SSL服务器验证SSL客户端身份，则SSL服务器和SSL客户端除了交互“只验证服务器的SSL握手过程”中的消息协商密钥和加密套件，还需要进行以下操作。

（1）SSL服务器发送Certificate Request消息，请求SSL客户端将其证书发送给SSL服务器。

（2）SSL客户端通过Certificate消息将携带自己公钥的证书发送给SSL服务器。SSL服务器验证该证书的合法性。

（3）SSL客户端计算已交互的握手消息、主密钥的Hash值，利用自己的私钥对其进行加密，并通过Certificate Verify消息发送给SSL服务器。

（4）SSL服务器计算已交互的握手消息、主密钥的Hash值，利用SSL客户端证书中的公钥解密Certificate Verify消息，并将解密结果与计算出的Hash值比较。如果二者相同，则SSL客户端身份验证成功。恢复原有会话的SSL握手过程如图19-4所示。

协商会话参数、建立会话的过程中，需要使用非对称密钥算法来加密密钥、验证通信对端的身份，计算量较大，占用了大量的系统资源。为了简化SSL握手过程，SSL允许重用已经协商过的会话，具体过程如下。

（1）SSL客户端发送Client Hello消息，消息中的会话id设置为计划重用的会话的id。

（2）SSL服务器如果允许重用该会话，则通过在Server Hello消息中设置相同的会话id来回复。这样，SSL客户端和SSL服务器就可以利用原有会话的密钥和加密套件，不必重新协商。

（3）SSL客户端发送Change Cipher Spec消息，通知SSL服务器后续报文将采用原有会话的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

（4）SSL客户端计算已交互的握手消息的Hash值，利用原有会话的密钥和加密套件处理Hash值，并通过Finished消息发送给SSL服务器，以便SSL服务器判断密钥和加密套件是否正确。

（5）同样地，SSL服务器发送Change Cipher Spec消息，通知SSL客户端后续报文将采用原有会话的密钥和加密套件进行加密和MAC计算。

（6）SSL服务器计算已交互的握手消息的Hash值，利用原有会话的密钥和加密套件处理Hash值，并通过Finished消息发送给SSL客户端，以便SSL客户端判断密钥和加密套件是否正确。

19.3.3 HTTPS

HTTPS（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer）是基于SSL安全连接的HTTP。HTTPS通过SSL提供的数据加密、身份验证和消息完整性验证等安全机制，为Web访问提供了安全性保证，广泛应用于网上银行、电子商务等领域。近年来，在主要互联网公司和浏览器开发商的推动之下，HTTPS在加速普及，HTTP正在被加速淘汰。不加密的HTTP连接是不安全的，你和目标服务器之间的任何中间人都能读取和操纵传输的数据，比如ISP可以在你点击的网页上插入广告，你很可能根本不知道看到的广告是不是网站发布的。中间人能够注入的代码不仅仅是看起来无害的广告，他们还可能注入具有恶意目的的代码。2015年，某脚本被中间人修改，加入了代码对两个网站发动了DDoS攻击。这次攻击被称为“网络大炮”，“网络大炮”让普通的网民在不知情下变成了DDoS攻击者。而唯一能阻止“大炮”的方法是加密流量。