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1.TLS 详解
2.Diffie-Hellman密钥交换算法
3.用WireShark简单看看SSL/TLS协议
4.NodeJS加解密之Crypto
5.深入浅出 SSL/TLS 协议
6.HTTPS中的解加解密钥交换协议

TLS 详解

        SSL(Secure Sockets Layer) 安全套接层，是一种安全协议，经历了 SSL 1.0、2.0、3.0 版本后发展成了标准安全协议 - TLS(Transport Layer Security) 传输层安全性协议。TLS 有 1.0 (RFC )、1.1(RFC )、1.2(RFC )、1.3(RFC ) 版本。

        TLS 在实现上分为 记录层和 握手层两层，其中握手层又含四个子协议: 握手协议 (handshake protocol)、更改加密规范协议 (change cipher spec protocol)、应用数据协议 (application data protocol) 和警告协议 (alert protocol)

        只需配置浏览器和服务器相关设置开启 TLS，即可实现 HTTPS，TLS 高度解耦，可装可卸，与上层高级应用层协议相互协作又相互独立。

        TLS/SSL 的功能实现主要依赖于三类基本算法：散列函数 Hash、对称加密和非对称加密，其利用非对称加密实现身份认证和密钥协商，对称加密算法采用协商的密钥对数据加密，基于散列函数验证信息的完整性。

        TLS 的基本工作方式是，客户端使用非对称加密与服务器进行通信，实现身份验证并协商对称加密使用的密钥，然后对称加密算法采用协商密钥对信息以及信息摘要进行加密通信，不同的节点之间采用的对称密钥不同，从而可以保证信息只能通信双方获取。

        例如，在 HTTPS 协议中，客户端发出请求，服务端会将公钥发给客户端，客户端验证过后生成一个密钥再用公钥加密后发送给服务端（非对称加密），双方会在 TLS 握手过程中生成一个协商密钥（对称密钥），成功后建立加密连接。通信过程中客户端将请求数据用协商密钥加密后发送，服务端也用协商密钥解密，响应也用相同的协商密钥。后续的通信使用对称加密是因为对称加解密快，而握手过程中非对称加密可以保证加密的有效性，但是过程复杂，计算量相对来说也大。

        记录协议负责在传输连接上交换的所有底层消息，并且可以配置加密。每一条 TLS 记录以一个短标头开始。标头包含记录内容的类型 (或子协议)、协议版本和长度。原始消息经过分段 (或者合并)、压缩、添加认证码、加密转为 TLS 记录的数据部分。

        记录层将信息块分割成携带 2^ 字节 (KB) 或更小块的数据的 TLSPlaintext 记录。

        记录协议传输由其他协议层提交给它的不透明数据缓冲区。如果缓冲区超过记录的长度限制（2^），记录协议会将其切分成更小的片段。反过来也是可能的，属于同一个子协议的小缓冲区也可以组合成一个单独的记录。

        压缩算法将 TLSPlaintext 结构转换为 TLSCompressed 结构。如果定义 CompressionMethod 为 null 表示不压缩

        流加密（BulkCipherAlgorithm）将 TLSCompressed.fragment 结构转换为流 TLSCiphertext.fragment 结构

        MAC 产生方法如下：

        seq_num（记录的序列号）、hash（SecurityParameters.mac_algorithm 指定的哈希算法）

        块加密（如 RC2 或 DES），将 TLSCompressed.fragment 结构转换为块 TLSCiphertext.fragment 结构

        padding: 添加的填充将明文长度强制为块密码块长度的整数倍。填充可以是长达 字节的任何长度，只要满足 TLSCiphertext.length 是块长度的整数倍。长度大于需要的值可以阻止基于分析交换信息长度的协议攻击。填充数据向量中的每个 uint8 必须填入填充长度值 (即 padding_length)。

        padding_length: 填充长度应该使得 GenericBlockCipher 结构的总大小是加密块长度的倍数。合法值范围从零到 （含）。该长度指定 padding_length 字段本身除外的填充字段的长度

        加密块的数据长度（TLSCiphertext.length）是 TLSCompressed.length，CipherSpec.hash_size 和 padding_length 的总和加一

        加密和 MAC 功能将 TLSCompressed 结构转换为 TLSCiphertext。记录的 MAC 还包括序列号，以便可以检测到丢失，额外或重复的消息。

        记录协议需要一种算法，从握手协议提供的安全性参数生成密钥、 IV 和 MAC secret.

        主密钥 (Master secret): 在连接中双方共享的一个 字节的密钥

        客户随机数 (client random): 由客户端提供的 字节值

        服务器随机数 (server random): 由服务器提供的 字节值

        握手是 TLS 协议中最精密复杂的部分。在这个过程中，通信双方协商连接参数，并且完成身 份验证。根据使用的功能的不同，整个过程通常需要交换 6~ 条消息。根据配置和支持的协议扩展的不同，交换过程可能有许多变种。在使用中经常可以观察到以下三种流程：(1) 完整的握手， 对服务器进行身份验证；(2) 恢复之前的会话采用的简短握手；(3) 对客户端和服务器都进行身份验证的握手。

        握手协议消息的标头信息包含消息类型（1 字节）和长度（3 字节），余下的信息则取决于消息类型：

        每一个 TLS 连接都会以握手开始。如果客户端此前并未与服务器建立会话，那么双方会执行一次完整的握手流程来协商 TLS 会话。握手过程中，客户端和服务器将进行以下四个主要步骤:

        下面介绍最常见的握手规则，一种不需要验证客户端身份但需要验证服务器身份的握手:

        这条消息将客户端的功能和首选项传送给服务器。

        是将服务器选择的连接参数传回客户端。

        这个消息的结构与 ClientHello 类似，只是每个字段只包含一个选项，其中包含服务端的 random_S 参数 (用于后续的密钥协商)。服务器无需支持客户端支持的最佳版本。如果服务器不支持与客户端相同的版本，可以提供某个其他版本以期待客户端能够接受

        图中的 Cipher Suite 是后续密钥协商和身份验证要用的加密套件，此处选择的密钥交换与签名算法是 ECDHE_RSA，对称加密算法是 AES-GCM，后面会讲到这个

        还有一点默认情况下 TLS 压缩都是关闭的，因为 CRIME 攻击会利用 TLS 压缩恢复加密认证 cookie，实现会话劫持，而且一般配置 gzip 等内容压缩后再压缩 TLS 分片效益不大又额外占用资源，所以一般都关闭 TLS 压缩

        典型的 Certificate 消息用于携带服务器 X. 证书链 。

        服务器必须保证它发送的证书与选择的算法套件一致。比方说，公钥算法与套件中使用的必须匹配。除此以外，一些密钥交换算法依赖嵌入证书的特定数据，而且要求证书必须以客户端支持的算法签名。所有这些都表明服务器需要配置多个证书（每个证书可能会配备不同的证书链）。

        Certificate 消息是可选的，因为并非所有套件都使用身份验证，也并非所有身份验证方法都需要证书。更进一步说，虽然消息默认使用 X. 证书，但是也可以携带其他形式的标志；一些套件就依赖 PGP 密钥

        携带密钥交换需要的额外数据。ServerKeyExchange 是可选的，消息内容对于不同的协商算法套件会存在差异。部分场景下，比如使用 RSA 算法时，服务器不需要发送此消息。

        ServerKeyExchange 仅在服务器证书消息（也就是上述 Certificate 消息）不包含足够的数据以允许客户端交换预主密钥（premaster secret）时才由服务器发送。

        比如基于 DH 算法的握手过程中，需要单独发送一条 ServerKeyExchange 消息带上 DH 参数:

        表明服务器已经将所有预计的握手消息发送完毕。在此之后，服务器会等待客户端发送消息。

        客户端验证证书的合法性，如果验证通过才会进行后续通信，否则根据错误情况不同做出提示和操作，合法性验证内容包括如下:

        由 PKI 体系 的内容可知，对端发来的证书签名是 CA 私钥加密的，接收到证书后，先读取证书中的相关的明文信息，采用相同的散列函数计算得到信息摘要，然后利用对应 CA 的公钥解密签名数据，对比证书的信息摘要，如果一致，则可以确认证书的合法性；然后去查询证书的吊销情况等

        合法性验证通过之后，客户端计算产生随机数字的预主密钥（Pre-master），并用证书公钥加密，发送给服务器并携带客户端为密钥交换提供的所有信息。这个消息受协商的密码套件的影响，内容随着不同的协商密码套件而不同。

        此时客户端已经获取全部的计算协商密钥需要的信息: 两个明文随机数 random_C 和 random_S 与自己计算产生的 Pre-master，然后得到协商密钥(用于之后的消息加密)

        图中使用的是 ECDHE 算法，ClientKeyExchange 传递的是 DH 算法的客户端参数，如果使用的是 RSA 算法则此处应该传递加密的预主密钥

        通知服务器后续的通信都采用协商的通信密钥和加密算法进行加密通信

        Finished 消息意味着握手已经完成。消息内容将加密，以便双方可以安全地交换验证整个握手完整性所需的数据。

        这个消息包含 verify_data 字段，它的值是握手过程中所有消息的散列值。这些消息在连接两端都按照各自所见的顺序排列，并以协商得到的主密钥 (enc_key) 计算散列。这个过程是通过一个伪随机函数（pseudorandom function，PRF）来完成的，这个函数可以生成任意数量的伪随机数据。

        两端的计算方法一致，但会使用不同的标签（finished_label）：客户端使用 client finished，而服务器则使用 server finished。

        因为 Finished 消息是加密的，并且它们的完整性由协商 MAC 算法保证，所以主动网络攻击者不能改变握手消息并对 vertify_data 的值造假。在 TLS 1.2 版本中，Finished 消息的长度默认是 字节（ 位），并且允许密码套件使用更长的长度。在此之前的版本，除了 SSL 3 使用 字节的定长消息，其他版本都使用 字节的定长消息。

        服务器用私钥解密加密的 Pre-master 数据，基于之前交换的两个明文随机数 random_C 和 random_S，同样计算得到协商密钥: enc_key = PRF(Pre_master, "master secret", random_C + random_S) ;

        同样计算之前所有收发信息的 hash 值，然后用协商密钥解密客户端发送的 verify_data_C，验证消息正确性;

        服务端验证通过之后，服务器同样发送 change_cipher_spec 以告知客户端后续的通信都采用协商的密钥与算法进行加密通信（图中多了一步 New Session Ticket，此为会话票证，会在会话恢复中解释）;

        服务器也结合所有当前的通信参数信息生成一段数据 (verify_data_S) 并采用协商密钥 session secret (enc_key) 与算法加密并发送到客户端;

        客户端计算所有接收信息的 hash 值，并采用协商密钥解密 verify_data_S，验证服务器发送的数据和密钥，验证通过则握手完成;

        开始使用协商密钥与算法进行加密通信。

        HTTPS 通过 TLS 层和证书机制提供了内容加密、身份认证和数据完整性三大功能。加密过程中，需要用到非对称密钥交换和对称内容加密两大算法。

        对称内容加密强度非常高，加解密速度也很快，只是无法安全地生成和保管密钥。在 TLS 协议中，最后的应用数据都是经过对称加密后传输的，传输中所使用的对称协商密钥(上文中的 enc_key)，则是在握手阶段通过非对称密钥交换而来。常见的 AES-GCM、ChaCha-Poly，都是对称加密算法。

        非对称密钥交换能在不安全的数据通道中，产生只有通信双方才知道的对称加密密钥。目前最常用的密钥交换算法有 RSA 和 ECDHE。

        RSA 历史悠久，支持度好，但不支持 完美前向安全 - PFS(Perfect Forward Secrecy) ；而 ECDHE 是使用了 ECC（椭圆曲线）的 DH（Diffie-Hellman）算法，计算速度快，且支持 PFS。

        在 PKI 体系 一节中说明了仅有非对称密钥交换还是无法抵御 MITM 攻击的，所以需要引入了 PKI 体系的证书来进行身份验证，其中服务端非对称加密产生的公钥会放在证书中传给客户端。

        在 RSA 密钥交换中，浏览器使用证书提供的 RSA 公钥加密相关信息，如果服务端能解密，意味着服务端拥有与公钥对应的私钥，同时也能算出对称加密所需密钥。密钥交换和服务端认证合并在一起。

        在 ECDH 密钥交换中，服务端使用私钥 (RSA 或 ECDSA) 对相关信息进行签名，如果浏览器能用证书公钥验证签名，就说明服务端确实拥有对应私钥，从而完成了服务端认证。密钥交换则是各自发送 DH 参数完成的，密钥交换和服务端认证是完全分开的。

        可用于 ECDHE 数字签名的算法主要有 RSA 和 ECDSA - 椭圆曲线数字签名算法 ，也就是目前密钥交换 + 签名有三种主流选择:

        比如我的网站使用的加密套件是 ECDHE_RSA，可以看到数字签名算法是 sha 哈希加 RSA 加密，在 PKI 体系 一节中讲了签名是服务器信息摘要的哈希值加密生成的

        内置 ECDSA 公钥的证书一般被称之为 ECC 证书，内置 RSA 公钥的证书就是 RSA 证书。因为 位 ECC Key 在安全性上等同于 位 RSA Key，所以 ECC 证书体积比 RSA 证书小，而且 ECC 运算速度更快，ECDHE 密钥交换 + ECDSA 数字签名是目前最好的加密套件

        以上内容来自本文: 开始使用 ECC 证书

        关于 ECC 证书的更多细节可见文档: ECC Cipher Suites for TLS - RFC

        使用 RSA 进行密钥交换的握手过程与前面说明的基本一致，只是没有 ServerKeyExchange 消息，其中协商密钥涉及到三个参数 (客户端随机数 random_C、服务端随机数 random_S、预主密钥 Premaster secret)，

        其中前两个随机数和协商使用的算法是明文的很容易获取，最后一个 Premaster secret 会用服务器提供的公钥加密后传输给服务器 (密钥交换)，如果这个预主密钥被截取并破解则协商密钥也可以被破解。

        RSA 算法的细节见: wiki 和 RSA算法原理（二）- 阮一峰

        RSA 的算法核心思想是利用了极大整数 因数分解 的计算复杂性

        而使用 DH(Diffie-Hellman) 算法 进行密钥交换，双方只要交换各自的 DH 参数(在 ServerKeyExchange 发送 Server params，在 ClientKeyExchange 发送 Client params)，不需要传递 Premaster secret，就可以各自算出这个预主密钥

        DH 的握手过程如下，大致过程与 RSA 类似，图中只表达如何生成预主密钥:

        服务器通过私钥将客户端随机数 random_C，服务端随机数 random_S，服务端 DH 参数 Server params 签名生成 signature，然后在 ServerKeyExchange 消息中发送服务端 DH 参数和该签名；

        客户端收到后用服务器给的公钥解密验证签名，并在 ClientKeyExchange 消息中发送客户端 DH 参数 Client params；

        服务端收到后，双方都有这两个参数，再各自使用这两个参数生成预主密钥 Premaster secret，之后的协商密钥等步骤与 RSA 基本一致。

        关于 DH 算法如何生成预主密钥，推荐看下 Wiki 和 Ephemeral Diffie-Hellman handshake

        其核心思想是利用了 离散对数问题 的计算复杂性

        算法过程可以抽象成下图:

        双方预先商定好了一对 P g 值 (公开的)，而 Alice 有一个私密数 a(非公开，对应一个私钥)，Bob 有一个私密数 b(非公开，对应一个私钥)

        对于 Alice 和 Bob 来说通过对方发过来的公钥参数和自己手中的私钥可以得到最终相同的密钥

        而第三方最多知道 P g A B，想得到私钥和最后的密钥很困难，当然前提是 a b P 足够大 (RFC 文档中有几个常用的大素数可供使用)，否则暴力破解也有可能试出答案，至于 g 一般取个较小值就可以

        如下几张图是实际 DH 握手发送的内容:

        可以看到双方发给对方的参数中携带了一个公钥值，对应上述的 A 和 B

        而且实际用的加密套件是 椭圆曲线 DH 密钥交换 (ECDH) ，利用由椭圆曲线加密建立公钥与私钥对可以更进一步加强 DH 的安全性，因为目前解决椭圆曲线离散对数问题要比因式分解困难的多，而且 ECC 使用的密钥长度比 RSA 密钥短得多(目前 RSA 密钥需要 位以上才能保证安全，而 ECC 密钥 位就足够)

        关于 椭圆曲线密码学 - ECC ，推荐看下 A Primer on Elliptic Curve Cryptography - 原文 - 译文

        尽管可以选择对任意一端进行身份验证，但人们几乎都启用了对服务器的身份验证。如果服务器选择的套件不是匿名的，那么就需要在 Certificate 消息中跟上自己的证书。

        相比之下，服务器通过发送 CertificateRequest 消息请求对客户端进行身份验证。消息中列出所有可接受的客户端证书。作为响应，客户端发送自己的 Certificate 消息（使用与服务器发送证书相同的格式），并附上证书。此后，客户端发送 CertificateVerify 消息，证明自己拥有对应的私钥。

        只有已经过身份验证的服务器才被允许请求客户端身份验证。基于这个原因，这个选项也被称为相互身份验证（mutual authentication）。

        在 ServerHello 的过程中发出，请求对客户端进行身份验证，并将其接受的证书的公钥和签名算法传送给客户端。

        它也可以选择发送一份自己接受的证书颁发机构列表，这些机构都用其可分辨名称来表示:

        在 ClientKeyExchange 的过程中发出，证明自己拥有的私钥与之前发送的客户端证书中的公钥匹配。消息中包含一条到这一步为止的所有握手消息的签名：

        最初的会话恢复机制是，在一次完整协商的连接断开时，客户端和服务器都会将会话的安全参数保存一段时间。希望使用会话恢复的服务器为会话指定唯一的标识，称为会话 ID(Session ID)。服务器在 ServerHello 消息中将会话 ID 发回客户端。

        希望恢复早先会话的客户端将适当的 Session ID 放入 ClientHello 消息，然后提交。服务器如果同意恢复会话，就将相同的 Session ID 放入 ServerHello 消息返回，接着使用之前协商的主密钥生成一套新的密钥，再切换到加密模式，发送 Finished 消息。

        客户端收到会话已恢复的消息以后，也进行相同的操作。这样的结果是握手只需要一次网络往返。

        Session ID 由服务器端支持，协议中的标准字段，因此基本所有服务器都支持，服务器端保存会话 ID 以及协商的通信信息，占用服务器资源较多。

        用来替代服务器会话缓存和恢复的方案是使用会话票证（Session ticket）。使用这种方式，除了所有的状态都保存在客户端（与 HTTP Cookie 的原理类似）之外，其消息流与服务器会话缓存是一样的。

        其思想是服务器取出它的所有会话数据（状态）并进行加密 (密钥只有服务器知道)，再以票证的方式发回客户端。在接下来的连接中，客户端恢复会话时在 ClientHello 的扩展字段session_ticket 中携带加密信息将票证提交回服务器，由服务器检查票证的完整性，解密其内容，再使用其中的信息恢复会话。

        这种方法有可能使扩展服务器集群更为简单，因为如果不使用这种方式，就需要在服务集群的各个节点之间同步会话。

        Session ticket 需要服务器和客户端都支持，属于一个扩展字段，占用服务器资源很少。

Diffie-Hellman密钥交换算法

       从数学难题谈起，离散对数问题成为密码学的密源码e密源码实基础。具体而言，解加解若设i为以a为底模p的密源码e密源码实离散对数，当

       中的解加解参数足够大时，求解i成为一项几乎无法实现的密源码e密源码实spring mvc 源码挑战，这为密码学提供了安全保证。解加解

       在Diffie-Hellman密钥交换算法中，密源码e密源码实Alice和Bob通过事先约定的解加解

       和g，在不直接共享密钥的密源码e密源码实情况下，能够协商出一个会话密钥K。解加解该过程基于以下公式：

       ，密源码e密源码实由此K即为协商结果。解加解证明该过程涉及对上述公式的密源码e密源码实深入理解。

       算法的解加解核心在于，即便第三方知晓了a和b，计算会话密钥K仍然是极其困难的任务，这正是Diffie-Hellman算法的安全性所在。

       然而，静态DH算法因存在安全性缺陷而逐渐被淘汰，即一方的私钥保持不变。这一做法可能导致前向安全性丧失，使得破解后的密钥可用于回溯分析之前的通信数据。

       为解决这一问题，动态DH（DHE）引入了临时生成私钥的机制，通过每次通信时更新私钥，显著提高了安全性，但同时也带来了性能上的挑战。为克服这一限制，ECDHE（Elliptic Curve Diffie-Hellman）应运而生，它利用椭圆曲线的特性，以更高效的方式实现密钥交换。

       ECDHE算法基于椭圆曲线离散对数难题，即已知P和G，求解满足P=dG的DVWA漏洞源码d是一个难以解决的问题。这意味着，即使在通信链路中公开了G、A、B，由于解密困难，密钥协商过程保持了高度安全性。

       不同组织定义了各种椭圆曲线，它们通过不同的命名方式来识别特定的曲线参数。例如，SECG定义了以Koblitz和随机数为特征的secp系列曲线，NIST定义了标准化曲线，ANSI提供了另外一套标准。X系列曲线的命名则与曲线参数的位数相关，如x和x分别对应于特定位数的p值。

       综上所述，Diffie-Hellman密钥交换算法及其衍生版本，如DHE和ECDHE，通过巧妙地利用数学难题，确保了通信的安全性。同时，不同组织的椭圆曲线命名体系为密码学的标准化与多样性提供了基础。

用WireShark简单看看SSL/TLS协议

        HTTPS目前是网站标配，否则浏览器会提示链接不安全，同HTTP相比比，HTTPS提供安全通信，具体原因是多了个“S”层，或者说SSL层[Secure Sockets Layer]，现在一般都是TLS[Transport Layer Security]，它是HTTP明文通信变成安全加密通信的基础，SSL/TLS介于应用层和TCP层之间，从应用层数据进行加密再传输。安全的核心就在加密上：

        如上图所示，HTTP明文通信经中间路由最终发送给对方，如果中间某个路由节点抓取了数据，就可以直接看到通信内容，甚至可以篡改后，路由给目标对象，如下：

        可见HTTP传输是不安全的，但，如果传输的是只有双方可校验的密文，就可以避免被偷窃、篡改，保证传输的安全性，这就是SSL/TLS层做的事情。

        SSL/TLS协议主要从三方面来保证数据传输的安全性：保密、鉴别、完整：

        对用户端而言：怎么保证访问的网站就是目标网站？答案就是证书。每个HTTPS网站都需要TLS证书，在数据传输开始前，服务端先将证书下发到用户端，由用户根据证书判断是否是目标网站。这其中的原理是什么，证书又是如何标识网站的有效性呢？证书也叫 digital certificate 或者public key certificate，是密码学中的概念，在TLS中就是指CA证书【由证书的签发机构（Certificate Authority，简称为 CA）颁布的证书】，好比是权威部门的公章，WIKI百科解释如下：

        大意就是证书包含了目标站点的身份信息，并可以通过某种方式校验其合法性，对于任何一个HTTPS网站，你都可以拿到其CA证书公钥信息，在Chrome浏览器中点击HTTPS网站的锁标志，就可以查看公钥信息，并可以导出CA二进制文件：

        浏览器就是通过这个文件来校验网站是否安全合法，可以看到，证书其实内置了一个颁发链条关系，根证书机构->次级证书机构->次次级->网站自身，只要验证这个链条是安全的，就证明网站合法，背后的技术其实是信任链+RSA的非对称加密+系统内置根证书。CA在颁发证书的时候，会用自己的私钥计算出要颁发证书的签名，其公钥是公开的，只要签名可被公钥验证就说明该证书是由该CA颁发的，核心校验逻辑如下

        那么上级的CA又是如何保证安全呢？重复上述操作即可，最终都是靠根证书来验证的，根证书的安全性不需要验证，由系统保证，如此就形成了一个证书的信任链，也就能验证当前网站证书的有效性，证书的信任链校验如下：

        TLS协议最大的提升点就是数据的安全，通HTTP通信相比，HTTPS的通信是加密的，在协商阶段，通过非对称加密确定对称加密使用的秘钥，之后利用对称秘钥进行加密通信，这样传输的数据就是密文，就算中间节点泄漏，也可以保证数据不被窃取，从而保证通信数据的安全性。

        第三个问题，虽然中间节点无法窃取数据，但是还是可以随意更改数据的，那么怎么保证数据的完整性呢，这个其实任何数据传输中都会有这个问题，通过MAC[Message Authentication Codes]信息摘要算法就可以解决这个问题，同普通MD5、SHA等对比，MAC消息的散列加入了秘钥的概念，更加安全，是MD5和SHA算法的升级版，可以认为TLS完整性是数据保密性延伸，接下来就借助WireShark看看TLS握手的过程，并看看是如何实现身份鉴别、保密性、完整性的。

        HTTPS安全通信简化来说：在协商阶段用非对称加密协商好通信的对称秘钥，然后用对称秘钥加密进行数据通信，简易的WireShark TLS/SSL协商过程示意如下：

        细化分离后示意如下：

        握手分多个阶段，不过一次握手可以完成多个动作，而且也并不是所有类型的握手都是上述模型，因为协商对称秘钥的算法不止一种，所以握手的具体操作也并非一成不变，比如RSA就比ECDHE要简单的多，目前主流使用的都是ECDHE，具体流程拆分如下：

        Client Hello是TLS/SSL握手发起的第一个动作，类似TCP的SYN，Client Hello 阶段客户端会指定版本，随机数、支持的密码套件供服务端选择，具体的包数据如下

        启动TLS握手过程，提供自己所能支持各种算法，同时提供一个将来所能用到的随机数。

        ContentType指示TLS通信处于哪个阶段阶段，值代表Handshake，握手阶段，Version是TLS的版本1.2，在握手阶段，后面链接的就是握手协议，这里是Client Hello，值是1，同时还会创建一个随机数random给Server，它会在生成session key【对称密钥】时使用。之后就是支持的供服务端选择的密码套件，接下来等服务端返回。

        Handshake Type: Server Hello (2)，作为对Client Hello的响应 ，确定使用的加密套件: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES__GCM_SHA (0xcf)，密钥协商使用 ECDHE，签名使用 RSA，

        数据通信通信使用 AES 对称加密，并且密钥长度是位，GCM分组，同时生成一个服务端的random及会话ID回传。

        这一步服务器将配置的证书【链】发送给客户端，客户端基于上文所述的证书链校验证书的有效性，这里发送的证书是二进制格，可以利用wireshark右键“Export Packet Bytes”功能，导出.CER格式的证书。如下可以看到传输的证书链。

        导出的CER格式的证书如下，最关键的就其公钥跟数字签名。

        Server Key Exchange是针对选定的ECDHE协商所必须的步骤，Diffie-Hellman模型解释如下：

        大意就是ephemeral Diffie-Hellman不会使用证书中的静态公钥参与对称秘钥的生成，而是需要服务端与客户端通过彼此协商确定对称秘钥，而D-H算法模型需要两对非对称秘钥对，各端保留自己的私钥，同时握有双方的公钥，然后基于D-H算法双端可以算出一样的对称加密秘钥，而这就需要C/S互传自己的公钥

        服务端做完这一步，其实ECDHE算法中服务端需要提供的信息已经结束，发送 Server Hello Done告诉客户端，然后等待客户端回传它的D-H公钥。

        算法：

        其中p和g是公开的DH参数，只要P是一个足够大的数，在不知道私钥的情况下，即使截获了双方的公钥，也是很难破解的。

        客户端收到服务端的证书后，利用信任链检测证书有效性，同时也会同Server Key Exchange 类似，将自己的Diffie-Hellman公钥发送给Server端，

        至此，ECDHE协商所需要的信息都传输完毕， 双方都可以基于ECDHE算法算出的共享密钥，同时结合之前的随机数生成最终的对称加密秘钥：

        之后客户端发送Change Cipher Spec与 Encrypted Handshake Message标识握手完成，同时传输一个加密的数据给Server，验证双方确立的秘钥是否正确，这就需要服务端也要重复这个操作给客户端，这样才能验证彼此的加解密一致，即服务端也要来一次Encrypted Handshake Message回传给客户端校验，

        走完如上流程，双方就确认了正确的对称加密通道，后面就是TLS的数据通信，其Record Layer的ContentType 也会变成 Content Type: Application Data ()：

        最终对称会话密钥包含三部分因子：

        Client Hello与Server Hello阶段交换的随机数，是为了提高秘钥的「随机」程度而进行的，这样有助于提高会话密钥破解难度。

        HTTPS通过加密与完整性校验可以防止数据包破解与篡改，但对于主动授信的抓包操作是没法防护，比如Charles抓包，在这个场景用户已经风险，并且将Charles提供的证书信任为根证书，这从源头上构建了一条虚拟的信任链：在握手阶段，Charles利用自己的公钥，生成客户端可以信任的篡改证书，从而可以充作中间人进而抓包，所谓中间人攻击，感觉跟Https抓包原理一样，都是要强制添加一个自己的信任根证书。

NodeJS加解密之Crypto

       在互联网的快速扩张中，数据安全成为了不可忽视的关键。开发者应具备安全意识，通过技术手段强化服务的安全性。NodeJS 的 crypto 模块正是为此目的而设计，它提供了通用的加密和哈希算法，利用C/C++实现高性能的算法接口，使得加密、解密和哈希操作变得更加便捷与快速。本文将深入探讨 NodeJS 中加密解密技术，重点关注编码方式、Hash 功能、密码加盐、凭证来源码HMAC 功能、加密/解密及 DH、ECDH、ECDHE 等密钥交换算法，并提供相关术语的解释，以期为开发者提供全面的指导。

       编码方式是信息安全传输的基础。Base 和 Hex 编码各有特点，Base 编码在保证信息可读性的同时，提供了一定的压缩效果，其编码方式为将每3个字节编码为4个字符，相比Hex编码的2倍占用空间，Base编码在空间占用上更为节省。Hex编码虽然难以阅读，但在某些场景下，如逆向工程分析中，能帮助开发者识别原始数据结构。

       Hash（摘要）功能则用于确保消息的完整性和一致性，如MD5、SHA等。MD5是广泛使用的散列函数，常用于密码保护、下载文件校验等场景。通过哈希算法计算信息摘要，即使信息稍有改动，摘要也会随之变化，从而能够验证消息的完整性。在密码保护中，原始密码经过哈希运算后存储，以增加破解难度。

       密码加盐是一种有效的安全增强措施，通过在密码特定位置插入随机字符串后，再进行哈希运算，使得相同密码在不同用户间生成不同的文本检测源码哈希值，大大提高了密码的抗暴力破解能力。随机盐值的引入，使得密码的哈希值在每次使用时都不同，进一步提升了安全性。

       HMAC（密钥相关的哈希运算消息认证码）在加密安全协议中扮演着重要角色，通过将哈希函数与对称加密算法结合，实现更安全的密钥交换和消息认证。HMAC在加密通信时提供了额外的安全层，确保了数据在传输过程中的完整性和机密性。

       加密与解密是信息安全的核心功能。NodeJS 提供了 `crypto.createCipher` 和 `crypto.createDecipher` 方法进行对称加密，而 `crypto.createCipheriv` 和 `crypto.createDecipheriv` 则支持使用自定义密钥和初始向量（IV），为数据提供了更高级别的保护。这些方法允许开发者根据需求选择合适的加密算法，并通过提供的密钥和IV进行数据的安全传输。

       数字签名和校验是验证信息来源和完整性的关键步骤。通过使用私钥生成签名，接收方可以使用对应的公钥验证签名的正确性，确保信息未被篡改或伪造。这在电子合同、身份验证和数字证书等场景中发挥着重要作用。

       密钥交换算法如 DH（Diffie-Hellman）、ECDH（Elliptic Curve Diffie-Hellman）和 ECDHE（Ephemeral Elliptic Curve Diffie-Hellman）提供了安全的密钥协商机制，让通信双方在不安全的通信信道中安全地交换密钥，用于后续通信的对称加密。ECDHE 特别设计为临时生成私钥，增强了安全性，避免了长期密钥可能带来的风险。

       本文旨在为开发者提供加密解密技术的全面理解，包括编码方式、Hash 功能、密码加盐、HMAC 功能、加密/解密及密钥交换算法等核心概念。模仿iCloud源码通过深入学习这些技术，开发者能够构建更加安全、可靠的网络应用。

深入浅出 SSL/TLS 协议

       深入解析SSL/TLS协议的加密之旅

       在我们每日的网络通信中，TLS协议如同无形的守护者，其背后隐藏着复杂的加密机制。本文将带你一步步探索TLS 1.2和1.3握手流程，以及HTTPS包的神秘面纱。让我们一起揭开这加密世界的一角。

       客户端发起连接：ClientHello的构造

       在建立TLS连接时，客户端的ClientHello包包含关键信息，如:

client_version</: 客户端支持的版本，如0x对应TLS 1.2

random</: 字节的随机数，用于唯一标识连接

session_id</: 可选，用于会话复用，增强效率

cipher_suites</: 客户端支持的加密套件列表，如0xC0,0x代表ECDHE-RSA-AES-SHA

compression_methods</: 少数启用，现代网络通常禁用

extensions</: 可选，扩展字段，引入新特性

       版本和session_id的交互至关重要，服务器通常选择与ClientHello兼容的版本。

       服务器响应：Server Hello与证书链

       服务器通过Server Hello回应，固定cipher_suite和compression_method，同时确认客户端的扩展。证书链的呈现，如百度证书，包括根证书和中间证书，确保身份验证的完整性。

       关键步骤

       Server Key Exchange: 基于ECDH协议交换密钥，保护通信安全

       ECDH原理: 利用ECDH在保持私钥安全的同时，交换对称加密密钥，确保前向安全

       OpenSSL示例: 显示服务器使用的X临时公私钥对

       共享密钥生成：Pre-Master-Secret

       客户端和服务器的随机数、公钥进行计算，生成Pre-Master-Secret，这是后续加密通信的基石。

       主密钥生成与加密策略

       使用PRF函数，结合双方的随机数，生成Master Secret，用于生成不同用途的密钥，如HMAC-SHA。

       握手安全与数据包验证

       握手阶段结束，客户端发送Client Handshake Finished，其中包含Verify Data，用于确认握手的完整性和安全性。服务器使用协商的client_write_key解密数据，确保通信的正确性。

       应用数据加密与TLS 1.3优化

       TLS 1.3引入Key Share扩展，通过X算法进行密钥交换。应用数据使用协商的client/write key和server/write key加密，HMAC校验确保数据完整。

       安全升级与未来趋势

       从TLS 1.2到1.3，协议不断优化，移除过时算法，引入0-RTT，提高性能。Session ID的废弃和Session Tickets的使用，为会话管理带来新策略。

       在SSL/TLS的世界里，每一步加密步骤都精心设计，确保信息的安全传输。通过本文的解析，我们对这个看似复杂的协议有了更深入的理解。未来，我们还将继续关注安全研究和最新的TLS技术动态。

HTTPS中的密钥交换协议

       HTTPS中的密钥交换协议是实现安全通信的重要环节，主要涉及多种加密算法和协议。常用的密钥交换算法有RSA、DH、DHE、ECDHE，它们用于在两个用户间建立共享密钥，而非直接加密数据。非对称加密算法如RSA、DSA、ECDSA用于验证身份，对称加密算法如DES、AES__GCM、AES__CBC等则在密钥协商后用于数据加密。

       DH密钥交换协议是Whitfield Diffie和Martin Hellman在年提出，它通过计算离散对数的复杂性确保了安全性。在HTTPS中，DH算法常与ECDHE结合使用，如ECDHE_RSA_WITH_AES__GCM_SHA，涉及椭圆曲线密码学，保证了更高的安全性。ECDHE利用临时公钥和私钥进行交换，避免了RSA中会话密钥在网络中传输的问题，提供了前向保密性，即使被截获也无法复原。

       HTTPS的握手过程分为四个阶段：第一次握手，客户端发送包含版本信息和随机数的Client Hello；第二次握手，服务器确认信息并发送自己的随机数，选择合适的加密套件；第三次握手，双方生成会话密钥；第四次握手，双方确认对称密钥的正确性，开始加密通信。RSA和ECDHE的对比显示，RSA的会话密钥在网络中传输，而ECDHE则保证了更高的安全性，避免了被解密的风险。

深入理解p2p节点连接中的秘钥交换

       在P2P节点连接中，秘钥交换采用了ECDHE技术。下面将介绍相关概念并附上代码实现。

       迪菲-赫尔曼密钥交换协议（Diffie-Hellman key exchange，简称D-H）是一种在公共信道中安全交换秘钥的密钥协商算法，由Whitefield Diffie和Martin Hellman于年提出。它并非加解密算法，旨在让两个用户在没有对方预先信息的情况下，能在不安全的信道上建立一个共享的私钥，该私钥用于加密后续的通信数据。D-H密钥交换是一种非认证秘钥交换协议，为许多认证协议提供了基础，并在传输层临时安全中用于前向保密。

       前向安全性（Forward Secrecy）是指长期使用的主密钥泄露不会导致过去的会话密钥泄露。前向安全性能够保护过去进行的通讯不受密码或密钥在未来暴露的威胁。如果系统具有前向安全性，即使密码或密钥在某时刻不慎泄露，过去已经进行的通讯依然安全，不会受到任何影响。

       ECDH（Elliptic Curve Diffie-Hellman）是基于椭圆曲线Diffie-Hellman的秘钥交换协议。

       ECIES（Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme）是Certicom公司提出的公钥加密方案，可以抵御选择明文攻击和选择密文攻击。

       KDF（Key derivation function）是使用伪随机函数从秘密值导出一个或多个密钥的函数。KDF可用于将密钥扩展到更长的密钥或获得所需格式的密钥。在RLPX中，使用本地随意私钥和对方随意公钥生成共享种子。

       ECDHE（Ephemeral Elliptic Curve Diffie-Hellman）是临时椭圆曲线Diffie-Hellman密钥交换协议，每条会话都重新计算一个临时密钥，即使一方的私钥被泄露，过去的通信依然安全。相比ECDH，ECDHE是正向安全的。

       RLPx使用了完全前向保密技术，通信双方生成随机公私钥对，交换各自本地公钥，并使用本地公钥对随机公钥加密发送到对方。使用自己的随机私钥和对方的公钥生成共享秘密，后续使用这个共享秘密AES对称加密传输的数据。即使一方的私钥被泄露，过去的通信依然安全。

       秘钥共享第一阶段：发起方发消息，接收方收消息。

       此时接收方秘钥已建立完成，只是对方尚未完成。

       秘钥交换流程结束。双方建立连接。

       握手完成，双方都会用各自得到的authMsg和respAuthMsg生成一组共享秘密。

       这组共享秘密包含了双方一致认同的AES密钥和MAC密钥等。这样以后信道上传输的信息都将用这组密钥来加密解密。

       共享秘密生成的过程类似于之前token产生的过程，双方都使用自己本地的随机私钥和对方的随机公钥相乘得到一个相同的密钥，再用这个密钥进行一系列Keccak加密后得到AES密钥和MAC密钥。

       收发消息MAC判断：如果发送方的EgressMAC和接收方的IngressMAC不一致，消息将无法成功发送。

带你搞懂HTTPS

       HTTPS相较于HTTP更安全的原因在于对称加密、非对称加密、完整性摘要、数字证书以及SSL/TLS握手等技术的应用。

       HTTP协议不安全主要表现在数据容易被窃听、篡改以及伪造身份。HTTPS通过加密算法解决数据窃听问题，使用公钥加密，私钥解密，确保数据安全。

       对称加密算法使用同一密钥进行加密与解密，但密钥协商过程不安全。非对称加密算法解决了密钥协商的安全问题，使用公钥加密，私钥解密，使得黑客即使获取到公钥也无法解密数据。常见的非对称加密算法有RSA和ECDHE。

       为解决数据篡改问题，HTTPS引入摘要算法，将数据生成固定长度的摘要，确保数据传输过程中的完整性。常用的摘要算法有MD5、SHA-1和SHA-。客户端和服务器通过MAC报文鉴别码确保数据未被篡改。

       数字证书用于验证网站身份，防止中间人攻击。浏览器通过认证中心获取公钥，用于验证网站证书的有效性。当证书无效时，浏览器会提示用户，防止风险。

       SSL/TLS握手过程用于协商会话密钥、鉴别密钥以及验证证书合法性。握手过程包括四次握手，确保双方安全连接。握手报文的摘要防止信息篡改，随机数防止连接重放攻击。

       HTTPS通过上述技术确保了数据传输的安全性，解决了HTTP协议的不安全问题。希望本文内容对理解HTTPS提供了帮助。