TLS/SSL 协议详解 (30) SSL中的RSA、DHE、ECDHE、ECDH流程与区别

时间:2024-04-09 13:59:34

Mrpre

https://blog.csdn.net/mrpre/article/details/78025940


本文是对前面章节关于非对称算法在SSL中运用的总结和细化,但也可以作为详解SSLRSAECDHE非对称加密算法来看。

 

    在不安全信道上构建安全信道,这是SSL的核心,所谓安全包括身份认证、数据完整性、数据加密性。而非对称算法在SSL中的运用就是为了协商一个**,**的目的就是为了后续数据能够被加密,而加***有且只有通信双方知道。

 

    通常网络上传输的数据一般都被认为是可见的。端对端传输的数据,不仅经过交换机、路由器,还经过各种DPIIPSWAF等审计安全设备,甚至可能经过负载均衡等反向代理设备,只要在任何一个环节抓包,都可以轻松获取网络上传输的数据。所以如果AB需要加密通信,即通信的内容需要使用有且只有AB知道的“**”加密,那么必然需要传输这个“**”,也就是说“**”本身需要在不安全传输的信道传输,如果简单的传输“**”,那么这个“**”就不再保密,任何第三方都能获取“**”,即任何第三方都能解密AB发出来的密文数据。

 

    非对称算法就是为了解决“**”传输(AB共享)的问题。

 

 

1RSA**交换算法

详细原理请参考我的这篇博客http://blog.csdn.net/mrpre/article/details/52609087

本篇不讲解具体原理,而是讲解交互过程。

 

RSA的核心涉及公钥私钥的概念

(1):使用公钥加密的数据只有私钥能解密

(2):使用私钥加密的数据只有公钥能解密

 

我们构建这么一种场景,服务器配置有公钥+私钥,客户端是离散的。


RSA算法流程文字描述如下:

(1):任意客户端对服务器发起请求,服务器首先发回复自己的公钥到客户端(公钥明文传输)。

(2):客户端使用随机数算法,生成一个**S,使用收到的公钥进行 加密,生成C,把C发送到服务器。

(3):服务器收到C,使用公钥对应的私钥进行解密,得到S

(4):上述交换步骤后,客户端和服务器都得到了SS为**(预主**)。

 

    我们来看看上述过程中,为何第三方无法得到S。首先第一步后,客户端有公钥,服务器有公钥和私钥。由于公钥是明文传输的,所以可以假设第三方也有公钥。

第二步后,客户端发送C,服务器能够使用自己的私钥进行解密,而第三方只有公钥,无法解密。即第三方无法计算得到S

 


TLS/SSL 协议详解 (30) SSL中的RSA、DHE、ECDHE、ECDH流程与区别



上述中,服务器发送的公钥在SSL中是通过certificate报文发送的,certificate中的包含了公钥。C是通过Client key exchange报文发送的。

其实,在实际SSL实际设计中,S其实并没有直接被当成**加密,这里为了描述原理,省去了对S后续进行KDF等操作,并不影响实际理解RSA

 

RSA有一个问题,就是如果私钥泄漏,即私钥被第三方知道,那么第三方就能从C中解密得到S,即只要保存所有的AB的报文,等到私钥被泄漏的那一天,或者有办法快从C中计算S的方法出现(量子计算机分解大素数),那么AB就没有什么私密性可言了。

这就是所谓的前向不安全,私钥参与了**交换,安全性取决于私钥是否安全保存。

有网友问了这么一个问题:为何客户端不也安装一个公钥私钥,然后客户端和服务器交互的时候,各自传送给对方公钥,然后各自拿对方的公钥加密数据发送给对方,然后各自拿私钥解密收到的数据?

先不说性能,我们看RSA加解密算法,若要加密m,那么需要计算

m^e mod n

如果m > n,我们记作m = n + k

那么原式子 (n + k)^e mod n

多项式展开,除了最后一项k^e ,其余的每一项都有n,故mod n后,

k^e mod n

换句话说,如果m大于n,那么其加密的结果和k的结果时一样的,这就有二义性了,所以RSA本身就不允许m>n的情况出现。所以拿来直接加密数据时不可取的。



2DHE**交换算法

详细原理请参考我的这篇博客http://blog.csdn.net/mrpre/article/details/52608867

本篇不讲解具体原理,而是讲解交互过程。

 

DHE算法流程文字描述如下:

(1):客户端计算一个随机值Xa,使用Xa作为指数,即计算Pa = q^Xa mod p,其中qp是全世界公认的一对值。客户端把Pa发送至服务器,Xa作为自己私钥,仅且自己知道。

(2):服务器和客户端计算流程一样,生成一个随机值Xb,使用Xb作为指数,计算

   Pb = q^Xb mod p,将结果Pb发送至客户端,Xb仅自己保存。

(3):客户端收到Pb后计算Sa = Pb ^Xa mod p;服务器收到Pa后计算Sb = Pa^Xb mod p

(4):算法保证了Sa = Sb = S,故**交换成功,S为**(预主**)。

 

DHE**交换握手流程图

TLS/SSL 协议详解 (30) SSL中的RSA、DHE、ECDHE、ECDH流程与区别


    上述途中,SaSb得到的结果是相同的,即记为S

 

    上述**交换流程中,和RSA**交换有较大不同,DHE**交换时,服务器私钥没有参与进来。也就是说,私钥即使泄漏,也不会导致会话加***S被第三方解密。

实际使用过程中,私钥的功能被削弱到用来身份认证(上图中没有画出)。

    上图中DHE参数和Pb都是通过server key exchange发送给客户端,Pa通过client key exchange发送给服务器。server key exchange的结尾处需要使用服务器私钥对该报文本身进行签名,以表明自己拥有私钥(图中为了表明私钥没有参与**计算,没有画出,但不影响理解DHE算法)。

 

3ECDHE**交换算法

详细原理请参考我的这几片篇博客

http://blog.csdn.net/mrpre/article/details/72850486

http://blog.csdn.net/mrpre/article/details/72850598

http://blog.csdn.net/mrpre/article/details/72850644

 

本篇不讲解具体原理,而是讲解交互过程。

 

    只要理解DHE**交换原理,那么理解ECDHE**交换原理其实并不难(如果不想深究的话)。

ECDHE的运算是把DHE中模幂运算替换成了点乘运算,速度更快,可逆更难。

 

ECDHE算法流程文字描述如下:

(1):客户端随机生成随机值Ra,计算Pa(x, y) = Ra * Q(x, y)Q(x, y)为全世界公认的某个椭圆曲线算法的基点。将Pa(x, y)发送至服务器。

(2):服务器随机生成随机值Rb,计算Pb(x,y) - Rb * Q(x, y)。将Pb(x, y)发送至客户端。

(3):客户端计算Sa(x, y) = Ra * Pb(x, y);服务器计算Sb(x, y) = Rb *Pa(x, y)

(4):算法保证了Sa = Sb = S,提取其中的Sx向量作为**(预主**)。

ECDHE**交换握手流程图

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  SSL协议中,上图中椭圆曲线名和Pb通过server key exchange报文发送;Pa通过client key exchange报文发送。

 


4ECDHEECDH算法的区别

 

    字面少了一个EE代表了“临时”,即在握手流程中,作为服务器端,ECDH少了一步计算Pb的过程,Pb用证书中的公钥代替,而证书对应的私钥就是Xb。由此可见,使用ECDH**交换算法,服务器必须采用ECC证书;服务器不发送server key exchange报文,因为发送certificate报文时,证书本身就包含了Rb信息。

 

5ECDHERSA的区别

    ECDHEDHE)算法属于DH类**交换算法, 私钥不参与**的协商,故即使私钥泄漏,客户端和服务器之间加密的报文都无法被解密,这叫 前向安全(forward secrity)。由于ECDHE每条会话都重新计算一个**(RaRb),故一条会话被解密后,其他会话仍旧安全。

    然而,ECDH算法服务器端的私钥是固定的,即证书的私钥作为Rb,故ECDH不被认为前向安全,因为私钥泄漏相当于Rb泄漏,Rb泄漏,导致会话**可被第三方计算。