SSL VPN原理介绍
1.1 SSL基本情况
• 1994年Netscape开发了SSL(Secure Socket Layer)协议，专门用于保护Web通讯
•版本和历史
– 1.0，不成熟
– 2.0，基本上解决了Web通讯的安全问题
•同时，Microsoft公司发布了PCT(Private CommunicationTechnology)，并在IE中支持
– 3.0，1996年发布，增加了一些算法，修改了一些缺陷
–TLS 1.0(Transport Layer Security, 也被称为SSL3.1)，1997年IETF发布了Draft，同时，Microsoft宣布放弃PCT，与Netscape一起支持TLS 1.0
– 1999年，发布RFC 2246(The TLS Protocol v1.0)
协议的设计目标
–为两个通讯个体之间提供保密性和完整性(身份认证)
–互操作性、可扩展性、相对效率
•为上层协议提的供安全性
–保密性
–身份认证和数据完整性
SSL实现
– OpenSSL, 最新0.9.6c, 实现了SSL(2,3), TLS(1.0)
•Openssl — — a command line tool.
•ssl(3) — — the OpenSSL SSL/TLS library.
•crypto(3)—— the OpenSSL Crypto library.
• URL:
– SSLeay
• www2.psy.uq.edu.au/~ftp/Crypto/
– Microsoft Win2k SSL implementation
1.2 SSL协议体系
• SSL被设计用来使用TCP提供一个可靠的端到端安全服务。
•协议分为两层
–底层：TLS记录协议
–上层：TLS握手协议、TLS密码变化协议、TLS警告协议
SSL为两层结构，包含4种协议
SSL记录协议(Record Protocol)：提供安全传输机制
SSL握手协议(Handshake Protocol)：建立安全会话、交换密钥
SSL更改密码协议(Change Cipher Spec Protocol)
SSL报警协议(Alert Protocol)：将报警信息传输给对方，如握手失败、MAC错、…
TLS记录协议
–建立在可靠的传输协议(如TCP)之上，为更高层提供基本安全服务。特别是HTTP，它提供了Web的client/server交互的传输服务，可以构造在SSL之上。
–它提供连接安全性，有两个特点
•保密性，使用了对称加密算法
•完整性，使用HMAC算法
–用来封装高层的协议
•SSL Handshake Protocol, SSLChange Cipher Spec Protocol, SSL Alert Protocol是SSL的高层协议，用于管理SSL交换。
TLS记录协议 ( 后面有详细讲解 )
为应用层报文的传输提供鉴别和加密服务处理过程分为5个步骤：
①分段：将应用层报文分成16K字节的块
②压缩：可选的，SSL未指定压缩算法
③计算报文鉴别码并附于数据之后(与HMAC类似：报文摘要+共享保密数值)
④加密：对数据和MAC进行加密
⑤添加SSL报头(5字节)
1.3 两个重要概念
SSL连接（connection)
–一个连接是一个提供一种合适类型服务的传输（OSI分层的定义）。
– SSL的连接是点对点的关系。
– 连接是暂时的，每一个连接和一个会话关联。
SSL会话（session）
–一个SSL会话是在客户与服务器之间的一个关联。会话由Handshake Protocol创建。会话定义了一组可供多个连接共享的加密安全参数。
–会话用以避免为每一个连接提供新的安全参数所需昂贵的谈判代价。
连接状态也包含一组参数
–Server and client random，客户和服务器为每个连接选择的字节序列
–Server write MAC secret，服务器在发送数据的时候，用于MAC运算的key
–Client write MAC secret ，客户在发送数据的时候，用于MAC运算的key
ssl协议全称
–Server write key，服务器加密数据的密钥，以及客户解密数据的密钥
–Client write key，客户加密数据的密钥，以及服务器解密数据的密钥
– Initialization vectors，在CBC模式中用到的IV，最初由握手协议初始化，以后，每一个记录的最后一个密文块被用作下一个记录的IV
– Sequence numbers，每一个连接都需要维护一个序列号，当密码参数变化时，重置为0
1.4 SSL记录层协议
记录层数据封装过程
第一步，fragmentation
– 上层消息的数据被分片成214字节大小的块，或者更小
第二步，compression(可选)
– 必须是无损压缩，如果数据增加的话，则增加部分的长度不超过1024字节
第三步，计算消息认证码(MAC)
–计算公式：
HMAC_hash(MAC_write_secret,
seq_num
|| pe
|| TLSCompressed.version
|| TLSCompressed.length
|| TLSCompressed.fragment)
第四步，encryption
–采用CBC，算法由cipher spec指定
–数据长度不超过214+2048字节，包括：
•加密之后的数据内容
• HMAC
• padding, 共padding_length，每个字节的值也是padding_length • padding_length
– IV，初始协商指定，以后，前后记录连接起来
–说明：如果是流密码算法，则不需要padding
支持的加密算法
算法密钥长度
IDEA 128
RC2-40 40
DES-40 40
DES 56
3DES 168
Fortezza 80
结果如下：
struct {
ContentType type; ——8位，上层协议类型
ProtocolVersion version; —— 16位，主次版本
uint16 length; ——加密后数据的长度，
不超过214+2048字节
EncryptedData fragment; ——密文数据
} TLSCiphertext;
1.5 SSL高层协议
•握手协议（下一节集中说明）
•密码变化协议(Change Cipher Spec Protocol)
–它位于TLS记录协议之上，它用到了TLS记录协议的处理过程
–ContentType = 20
–协议只包含一条消息，一个字节1
–用途：切换状态把密码参数设置为当前状态在握手协议中，当安全参数协商一致后，发送此消息
– 这条消息使得接收方改变当前状态读参数，使得发送方改变当前状态写参数
SSL握手协议概述：
在client/server通信开始时使用
完成工作：协商加密算法、交换密钥、相互鉴别，最终建立安全会话
是SSL四种协议中最复杂的，有10种握手协议报文
握手流程分为四个阶段
第一阶段：建立安全能力
第二阶段：服务器鉴别和密钥交换
第三阶段：客户端鉴别和密钥交换
第四阶段：完成
警告协议(Alert Protocol）
–位于TLS记录协议之上，也用到了TLS记录协议的处理过程
–ContentType = 21
–协议数据包含两个字节
第一个字节为level：分别为warning(1)和fatal(2)两种情况
第二个字节为情况说明
– Fatal类型的alert消息导致连接立即终止，此时，对应该会话的其他连接可以继续，但是会话标识符无效，以免利用此失败的连接来建立新的连接
• close_notify(0),
• unexpected_message(10), • bad_record_mac(20),*
• decryption_failed(21),* • record_overflow(22), *
• decompression_failure(30),* • handshake_failure(40),* • bad_certificate(42),
• unsupported_certificate(43), • certificate_revoked(44), • certificate_expired(45), • certificate_unknown(46), • illegal_parameter(47),* • unknown_ca(48), * access_denied(49), decode_error(50),* decrypt_error(51),
export_restriction(60), * protocol_version(70), * insufficient_security(71), * internal_error(80), *
user_canceled(90), #
no_renegotiation(100), # 说明：

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