网络学习（四）HTTPS中，SSL的单向认证与双向认证

- 一、什么是SSL？
- - 1.1 SSL 的主要功能
  - 1.2 SSL 的工作原理
  - 1.3 SSL 的核心组件
  - 1.4 SSL 的应用场景
  - 1.5 SSL 与 TLS 的区别
- 二、SSL 单向认证、双向认证
- - 2.1 SSL 单向认证
  - 2.2 SSL 双向认证
  - 2.3 总结：SSL 单向认证和双向认证的区别

一、什么是SSL？

SSL（Secure Sockets Layer，安全套阶层） 是一种 用于在互联网上建立加密链接 的协议，旨在确保客户端（如浏览器）与服务器之间的通信安全。SSL 通过加密数据传输，防止敏感信息（如登录凭证、信用卡号等）被窃取或篡改。SSL的后续版本称为 TLS（Transport Layer Security，传输层安全），但人们通常仍习惯称之为 SSL。

在 OSI/RM 七层网络模型中，SSL/TLS 协议位于 传输层。

当然，传输层除了 SSL/TLS 协议之外，还有很多常用的其他协议，如下所示：

完整的《常用网络协议神图》可以参考小编之前的文章：

网络学习（一）OSI/RM七层网络模型和网络协议

1.1 SSL 的主要功能

加密通信：

SSL 通过加密算法（如AES、RSA等）对传输的数据进行加密，确保数据在传输过程中即使被截获也无法被解读。
身份验证：

SSL 的身份认证可以防止中间人攻击，有以下两种形式：
- 单向认证： 通过数字证书，只验证服务器的身份。
- 双向认证： 通过数字证书，同时验证客户端和服务器身份。
（这两种身份验证形式会在后面进行详细描述。）
数据完整性：

SSL 通过消息摘要算法（如：SHA-256）确保数据在传输过程中未被篡改。

1.2 SSL 的工作原理

SSL/TLS 协议通过以下步骤建立安全连接：

客户端发起请求：

客户端（如浏览器）向服务器发起连接请求，并告知支持的 SSL/TLS 版本和加密算法。
服务器响应并发送证书：

服务器返回选择的 SSL/TLS 版本和加密算法，同时发送自己的数字证书（包含公钥）。
客户端验证证书：

客户端验证服务器证书的有效性（如是否由受信任的 CA 签发、是否过期等）。
密钥交换：

客户端生成一个对称密钥（会话密钥），用服务器的公钥加密后发送给服务器。
建立加密通信：

服务器用私钥解密获取对称密钥，双方使用该密钥加密后续通信。

1.3 SSL 的核心组件

数字证书：

由受信任的证书颁发机构（CA）签发，包含公钥、持有者信息和 CA 的数字签名。
加密算法：
- 对称加密（如AES）：用于加密实际数据传输。
- 非对称加密（如RSA）：用于密钥交换和身份验证。
协议版本：
- SSL 1.0、SSL 2.0、SSL 3.0 -- 已淘汰。
- TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2、TLS 1.3 -- 目前广泛使用。

1.4 SSL 的应用场景

网站安全（HTTPS）：

SSL/TLS 是 HTTPS 协议的基础，用于保护网站与用户之间的通信。
电子邮件安全：

用于加密电子邮件传输（如SMTP、IMAP、POP3协议）。
虚拟专用网络（VPN）：

SSL VPN 用于远程用户安全访问企业内部资源。
API 通信：

保护客户端与服务器之间的 API 调用。

1.5 SSL 与 TLS 的区别

SSL 是 TLS 的前身，TLS 是 SSL 的升级版本。
SSL 3.0 是 SSL 的最后一个版本，TLS 1.0 基于 SSL 3.0 改进而来。
TLS 在安全性、性能和扩展性上优于 SSL，目前广泛使用的是 TLS 1.2 和 TLS 1.3。

二、SSL 单向认证、双向认证

2.1 SSL 单向认证

SSL 单向认证只需要验证 服务端 的身份，无需验证客户端的身份。

SSL 单向认证的流程如下图所示：

文字过程描述如下：

客户端的浏览器向服务器传送 客户端 SSL协议的版本号、加密算法的种类、产生的 随机数，以及其他服务器和客户端之间通讯所需要的各种信息。
服务器向客户端传送 SSL协议的版本号、加密算法的种类、随机数 以及其他相关信息，同时服务器还将向客户端传送自己的证书。
客户利用服务器传过来的信息验证服务器的合法性，服务器的合法性包括：
- 证书是否过期。
- 发行服务器证书的CA是否可靠。
- 发行者证书的公钥能否正确解开服务器证书的 “发行者的数字签名”。
- 服务器证书上的域名是否和服务器的实际域名相匹配。
- 如果合法性验证没有通过，通讯将断开；如果合法性验证通过，将继续进行第四步。
用户端随机产生一个用于后面通讯的"对称密码"，然后用服务器的公钥（服务器的公钥从步骤②中的服务器的证书中获得）对其加密，然后将加密后的 “预主密码” 传给服务器。

也就是说利用 非对称加密算法A传输对称加密的密钥B，后续都用密钥B传输，提高效率。
如果服务器要求客户的身份认证（在握手过程中为可选），用户可以建立一个随机数然后对其进行数据签名，将这个含有签名的随机数和客户自己的证书以及加密过的 “预主密码” 一起传给服务器。
如果服务器要求客户的身份认证，服务器必须检验客户证书和签名随机数的合法性，具体的合法性验证过程包括：
- 客户的证书使用日期是否有效。
- 为客户提供证书的CA是否可靠。
- 发行CA的公钥能否正确解开客户证书的发行CA的 数字签名。
- 检查客户的证书是否在 证书废止列表(CRL) 中。
- 检验如果没有通过，通讯立刻中断；如果验证通过，服务器将用自己的私钥解开加密的 “预主密码”，然后执行一系列步骤来产生主通讯密码（客户端也将通过同样的方法产生相同的主通讯密码）。
服务器和客户端用相同的主密码，即 “通话密码”，一个 对称密钥 用于SSL协议的安全数据通讯的加解密通讯。同时在SSL通讯过程中还要完成数据通讯的 完整性，防止数据通讯中的任何变化。
客户端向服务器端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的 主密码 为对称密钥，同时通知服务器客户端的握手过程结束。
服务器向客户端发出信息，指明后面的数据通讯将使用的步骤⑦中的 主密码 为对称密钥，同时通知客户端服务器端的握手过程结束。
SSL的握手部分结束，SSL安全通道的数据通讯开始，客户和服务器开始使用相同的 对称密钥 进行数据通讯，同时进行通讯完整性的检验。

注意：SSL单向认证只要求站点部署了ssl证书就行，任何用户都可以去访问(IP被限制除外等)，只是服务端提供了身份认证。

2.2 SSL 双向认证

SSL 双向认证需要验证 客户端 和 服务端 的身份。

SSL 双向认证的流程如下图所示：

文字过程描述如下：

浏览器发送一个连接请求给安全服务器。
服务器将自己的证书，以及同证书相关的信息发送给客户浏览器。
客户浏览器检查服务器送过来的证书 是否是由自己信赖的 CA中心（如沃通CA）所签发的。如果是，就继续执行协议；如果不是，客户浏览器就给客户一个警告消息：警告客户这个证书不是可以信赖的，询问客户是否需要继续。
接着 客户浏览器比较证书里的消息，例如域名和公钥，与服务器刚刚发送的相关消息是否一致，如果是一致的，客户浏览器认可这个服务器的合法身份。
服务器要求客户发送客户自己的证书。收到后，服务器验证客户的证书，如果没有通过验证，拒绝连接；如果通过验证，服务器获得用户的公钥。
客户浏览器告诉服务器自己所能够支持的通讯对称密码方案。
服务器从客户发送过来的密码方案中，选择一种 加密程度最高的密码方案，用客户的公钥加过密后通知浏览器。
浏览器针对这个密码方案，选择一个 通话密钥，接着用服务器的公钥加过密后发送给服务器。
服务器接收到浏览器送过来的消息，用自己的私钥解密，获得 通话密钥。
服务器、浏览器接下来的通讯都是用对称密码方案，对称密钥 是加过密的。

2.3 总结：SSL 单向认证和双向认证的区别

证书要求：
- SSL 单向认证：仅服务端需要持有证书，客户端无需证书。
- SSL 双向认证：服务端和客户端均需持有证书。
认证过程：
- SSL 单向认证：客户端验证服务端证书的有效性，服务端无需验证客户端身份。服务端向客户端发送的密码方案是未加密的，但这并不影响整体通信的安全性。
- SSL 双向认证：客户端和服务端互相验证对方证书的有效性，确保双方身份可信。
适用场景：
- SSL 单向认证：适用于大多数 Web 应用（如电商、社交平台等），用户数量庞大，通常无需在通信层对客户端进行身份验证。
- SSL 双向认证：适用于对安全性要求较高的场景（如金融行业应用对接），需要对客户端进行严格的身份验证，以确保通信双方的可信性。
性能与复杂性：
- SSL 单向认证：实现简单，性能开销较低，适合高并发场景。
- SSL 双向认证：实现复杂，性能开销较高，适合对安全性要求极高的场景。