声明:由于最近对安全加密相关技术比较感兴趣,所以翻译了这篇SSL的工作原理。这是一篇比较好的文章,深入浅出的介绍了SSL -- 安全套接层的工作原理,但是由于本人的加密知识及英语水平所限,感觉很多地方翻译的不好,但是我相信大家还是能够看懂的。:-)还是那句老话,本文欢迎非商业性转载,但请保持文章完整性并注明出处!

密钥密码系统介绍

这篇文章向大家阐述了Netscape公司是如何使用RSA的公用密钥密码系统来实现因特网安全的。Netscape的安全套接层的实现就利用了这篇文章中所讨论的技术。

RSA的公用密钥密码系统广泛地应用于计算机工业的认证和加密方面。Netscape得到RSA数据安全公司的许可可以使用公用密钥密码系统以及其它产品,尤其是认证方面的产品。

公用密钥加密技术使用不对称的密钥来加密和解密,每对密钥包含一个公钥和一个私钥,公钥是公开,而且广泛分布的,而私钥从来不公开,只有自己知道。

用公钥加密的数据只有私钥才能解密,相反的,用私钥加密的数据只有公钥才能解密,正是这种不对称性才使得公用密钥密码系统那么有用。

使用公用密钥密码系统进行认证

认证是一个验证身份的过程,目的是使一个实体能够确信对方是他所声称的实体。下面的例子包括Alice和Bob,并且向我们演示了如何使用公用密钥密码系统来轻易的验证身份。下面的 {something}key 表示something 已经用密钥 key 加密或解密。

假设Alice要认证Bob,Bob有一个密钥对,即一个公钥和一个私钥,Bob透露给Alice他的公钥(至于他是怎么做的将在以后讨论)。然后Alice产生一段随机的消息,然后把它发给Bob。

A-->B random--message

Bob用自己的私钥来加密这段消息,然后把加密后的消息返回给Alice。

B-->A {random--message}bobs--private--key

Alice接到了这段消息,然后用Bob以前发过来的公钥来解密。她把解密后的消息和原始的消息做比较,如果匹配的话,她就知道自己正在和Bob通信。一个***者应该不知道Bob的私钥,因此就不能正确的加密那段Alice要检查的随机消息。

但是,等一下,还有......

除非你确切的知道你在加密什么,否则用你的私钥加密一些东西,然后发给别人永远不是一件好事。这是因为加密后的数据可能会背叛你(记住,只有你能加密,因为只有你才有密钥)。

所以,我们不加密Alice发送的原始消息,取而代之的是,由Bob构造一个消息摘要,然后加密它。消息摘要是从随机消息中以某种方式提取出来的,并且具有以下特点:

摘要很难逆转,任何假冒Bob的人不能从摘要得到原始消息

假冒者无法找到具有相同摘要的不同消息

通过使用摘要,Bob能够保护自己。他首先计算出Alice发给他的随机消息的摘要并加密,然后把加密后的摘要返回给Alice,Alice可以计算出相同的摘要,通过解密Bob的消息然后对比一下就可以认证Bob的身份。

近一点......

刚才描述的技术称为数字签名。Bob为Alice产生的消息签名,这样做其实和加密Alice产生的随机消息一样危险。因此我们的认证协议需要一次以上的变形。部分(或者全部)的数据需要由Bob产生。

A-->B hello,are you bob?

B-->A Alice,This Is bob{digest[Alice,This Is Bob]}bobs-private-key

当Bob使用这个协议的时候,他知道自己发给Alice的是什么消息,并且不介意签名。他首先发送没有加密的消息“Alice,This Is Bob。”然后发送加密的摘要。Alice能够轻易的判断Bob是Bob,并且Bob没有签任何他不愿意签的东西。

分发公钥

Bob如何以一种可信赖的方式分发他的公钥呢?我们假设认证协议是这个样子的:

A-->B hello

B-->A Hi, I'm Bob, bobs-public-key

A-->B prove it

B-->A Alice, This Is bob{ digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

如果使用这个协议的话,任何人都可以是Bob。你需要的只是一个公钥和私钥,你跟Alice慌称你是Bob,接着你用自己的公钥代替Bob的公钥,然后你通过用你的私钥加密的东西来证明,这样Alice就不能分辨出你不是Bob。

为了解决这个问题,标准化组织发明了一个叫做证书的东西,一个证书包括下面的一些内容:

证书发行者的名字

证书发送给的团体

主题的公钥

一些时间戳

证书是由证书发行者的私钥签名的,每个人都知道证书发行者的公钥(即证书发行者有一个证书,等等)。证书是一种把公钥绑定到名字的标准方式。

通过使用证书这种技术,每个人都可以通过检查Bob的证书来判断Bob是不是伪造的。假设Bob严格的控制着他的私钥,并且的确是Bob得到了他的证书,那么一切都好。下面是补偿协议:

A-->B hello

B-->A Hi, I'm Bob, bobs-certificate

A-->B prove it

B-->A Alice, This Is bob{ digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

当Alice收到Bob的第一条消息,她可以检查证书,核实签名(如上,使用摘要和公钥加密),然后,核实主题(Bob的名字)来判断那是不是真的Bob。这样她就相信公钥是Bob的公钥,然后要求Bob证明他的身份。Bob则重新进行一次上面的相同过程,计算消息的摘要,签名之后发给Alice,Alice可以用从证书得到的公钥检查Bob的消息摘要,从而判断Bob的身份。

一个坏家伙 - 我们不妨叫他Mallet - 可以做下面的事情:

A-->M hello

M-->A Hi, I'm Bob, bobs-certificate

A-->M prove it

M-->A ????

但是Mallet在最后的消息中不能满足Alice。Mallet没有Bob的私钥,所以他无法构造一条使Alice相信来自Bob的消息。

交换秘密

一旦Alice认证了Bob,她就可以做另外一件事-她能发给一条只有Bob才能解码的消息:

A-->B {secret}bobs-public-key

发现这个秘密的唯一方法就是用Bob的私钥来解密上面的消息,交换秘密是公用密钥密码系统的另一种强大的用法。即使Alice和Bob之间的通信被监视,除了Bob,也没有人能够得到秘密。

这项技术加强了因特网的安全性,它把这个密码当作另一个密钥,但是这时它是对称性密码系统算法的密钥(如DES,RC4,IDEA)。Alice知道这个秘密,因为这是自己在发送给Bob之前产生的。Bob知道这个秘密,因为Bob有私钥,能够解密Alice的消息。因为他们都知道这个秘密,所以他们就可以初始化一个对称的密码算法然后开始传输用它加密的消息。下面是订正的协议:

A-->B hello

B-->A Hi, I'm Bob, bobs-certificate

A-->B prove it

B-->A Alice, This Is bob{ digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

A-->B ok bob, here is a secret {secret} bobs-public-key

B-->A {some message}secret-key

secret-key 的计算取决于协议的定义,但是它可以简化成一个 secret 的副本。

你说什么?

Mallet的袋子里有很多诡计。虽然Mallet不能发现Alice和Bob交换的秘密,但是他可以干预并且破坏他们的对话。举例来说,如果Mallet位于Alice和Bob,他可以选择让大多数的消息返回以及向前继续传输没有改变,但是破坏了特定位的消息(这对他来说很容易,因为他知道Alice和Bob之间通信的协议)。

A-->M hello

M-->B hello

B-->M Hi, I'm Bob, bobs-certificate

M-->A Hi, I'm Bob, bobs-certificate

A-->M prove it

M-->B prove it

B-->M Alice, This Is bob{ digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

M-->A Alice, This Is bob{ digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

A-->M ok bob, here is a secret {secret} bobs-public-key

M-->B ok bob, here is a secret {secret} bobs-public-key

B-->M {some message}secret-key

M-->A Garble[ {some message}secret-key ]

Mallet一直让数据没有改变的通过,直到Alice和Bob分享一个秘密。然后Mallet通过改变Bob发送给Alice的消息来进入这个方式中。这时候Alice是相信Bob的,因此她就可能相信这个改变的消息,然后按照它来做。注意Mallet并不知道这个秘密-他能做的所有事就是破坏用这个秘密的密钥加密的数据。他可能不能利用这个协议制造出一条有效的消息,但是下一次,他可能幸运一点。

为了防止这种破坏,Alice和Bob在他们的协议中引入了一种消息认证码(MAC)。MAC是根据秘密的密钥和传输的数据计算出来的,上面描述的摘要算法的属性正好可以用于构造抵抗Mallet的MAC功能。

MAC := Digest[ some message, secret ]

因为Mallet不知道这个秘密的密钥,所以他无法计算出这个摘要的正确数值。即使Mallet随机的改变消息,如果摘要数据很大的话,他成功的可能性也很小。举例来说,通过使用MD5(RSA公司发明的一种很好的密码摘要算法),Alice和Bob能和他们的消息一起发送128位的MAC值。Mallet猜中这个正确的MAC值的几率是18,446,744,073,709,551,616 分之1-也就是从来也不会猜出来。

下面是样本协议,又订正了一次:

A-->B hello

B-->A Hi, I'm Bob, bobs-certificate

A-->B prove it

B-->A {digest[Alice, This Is Bob] } bobs-private-key

ok bob, here is a secret {secret} bobs-public-key

{some message,MAC}secret-key

Mallet现在有麻烦了,Mallet可以改变任何的消息,但是MAC的计算将揭露他的欺诈行为。Alice和Bob能发现伪造的MAC值并停止会话,Mallet就不能伪造Bob的消息了。

这是什么时候的事?

最后的,但是同样重要的是要防范Mallet鹦鹉学舌。如果Mallet记录了会话的过程,他虽然可能不知道会话的内容,但是他可以重放这些会话。实际上,Mallet能在Alice和Bob之间做一些真正龌龊的事。解决的办法就是从会话的双方因如随机因素。