整理TLS（SSL）协议关键步骤（下）

接着上一篇，在通信双方建立连接时，完成**协商，协商出预备主**，预备主**通过密码衍生算法算出主**，主**也叫做密码套件，从密码套件中再转换出各个**块，这些**块就是各种算法，如对称加密的**，消息验证码的**等。好了，在建立连接阶段完成协商**和决定密码套件后，接下来到了通信数据加密部分，对称加密和公开**。

 

对称加密

对称加密就是使用一个**和一个算法，将明文信息加密成密文，对称加密算法是可逆的，分为流密码和块密码两种，下面大致总结一下这两种加密方式。

流密码

一次性密码本

流密码的原理就是一次性密码本，一次性密码本的加密解密过程使用“异或”运算，使用与明文长度一致的序列进行异或运算，加密出密文，密文使用相同的序列也进行异或运算，解出明文，举个例子：

00100110 11110110 11110110 11100110

使用的加***是：

10011110 10100110 11010110 11001110

那么明文与**进行加密异或运算，得到的密文就是：

10111000 01010000 00100000 00101000

之后密文通过同样的**进行异或运算，即可解密出明文：

10111000 01010000 00100000 00101000

10011110 10100110 11010110 11001110

为了保证安全性，每次加密使用的序列都必须不同。流密码算法就是以一次性密码本为雏形实现的加密算法，也是使用异或运算，内部使用随机数生成器每次生成不同的**，保证每次加密解密得到的明文密文不同，以此保证安全性，也就是说，**是一次性的。流密码算法的优点在于速度快，可以并行处理连续的序列。

块密码

流密码是对连续的序列进行处理，块密码则是把明文序列分割成一块一块数据块，依次对每个数据块进行加密解密，最终把所有数据块合并在一起，得到完整的密文或者明文。数据块的长度称为分组长度，如果在切割数据块的时候，最后不能等分每一块数据块，则要对数据块进行填充处理，以便让数据块分组长度和**长度达到一致。块密码算法有不同的迭代方式，你可能会想，为什么要迭代？使用相同的**对每一个数据块进行加密操作不就可以了吗？迭代是为了安全性问题，来看看他们的迭代方式。

ECB电码本

ECB电码本方式就是单纯对每一个数据块使用相同的**进行加密，最后依次把所有密文数据块组合在一起，得到完整密文。

如图所示，ECB电码本方式每一个数据块都使用相同的**进行加密解密，每个数据块之间都是互相独立没有联系的，因此操作过程也可以并行处理，这是优点，但是ECB电码本方式有一个致命的缺点，就是安全性问题，由于使用相同的**对多个数据分组进行加，假设明文序列中出现多个字符‘a’，即使它们出现在不同的分组中，被加密出来的密文是一致的，别人很容易从中观察出有多个相同的密文，得知是使用的ECB电码本方式加密。

CBC密文分组连接模式

CBC密文分组连接方式解决了EBC电码本方式的安全问题，让多个分组数据块之间建立起某种联系，它是怎么做的？来看下加密过程：

1. 第一步同样将明文序列等分成多块数据块，最后长度不足的进行填充。
2. 首先处理第一块数据块，使用随机数生成器生成一个IV向量，将它和第一块数据块进行异或运算，得到的序列再和**进行加密运算得到第一块密文数据块。
3. 然后处理第二块，对第二块明文数据块，首先和前一块密文数据块（也就是第一块）进行异或运算，然后再和**进行加密运算，得到第二块密文数据块。
4. 接下来的操作一样，第n块明文数据块首先和第n-1块密文数据块进行异或运算，然后再和**进行运算得到第n块密文。
5. 最后，将所有的密文数据块依次整合到一起，得到完整的密文。

从上面的步骤可以看到，CBC密文分组连接模式，在每一块加密数据块之间建立了联系，第n块数据块加密时用到的初始化向量就是第n-1块的密文数据块，第一块数据块的初始化向量IV每一次都不同。由于每块分组数据块之间有联系，在对第n块数据块进行加密前，必须得到第n-1块密文数据块，第n块数据块加密未完成，无法对第n+1块数据块进行加密操作，所以无法进行并行处理，速度较ECB电码本方式要慢，不过，加密算法重视的还是安全性问题。

CTR计数器模式

CTR计数器模式较复杂，它对每个数据块都使用不同的**进行加密，但是每个分组数据块使用的**之间是有联系的。最简单的例子就是**流之间是递增的方式。

1. 首先将明文等分成多个分组数据块，然后生成所有的**流，假设有n个数据块，就生成n个**流。
2. 第一个**流生成完成后，加1得到第二个**流，第二个**流加1得到第三个**流，依次得到所有的**流。
3. 然后开始对每一块明文数据块进行加密处理，加密使用**加**流一起运算，得到的摘要值再和明文进行异或运算得到密文。

 

消息验证码MAC

**协商，数据加密完后，到了消息验证。既然对数据进行了加密，能够保证信息安全不泄露，为什么还要消息验证呢？消息验证的作用是确认消息是完整的原始消息，中途没有被篡改过。拿对称加密举例，如果不进行消息验证，会出现什么问题？对称加密通常情况下使用通信双方共同一个**一个算法完成加密解密，任意一方只要接收到消息后，解密出可读的，意义明确的明文，就会认为这是发送方发来的原始信息。但是如果**泄露了，中间方截获了密文，使用**解密后篡改明文，再进行加密，发送到接收方手中，一样可以解出可读的消息，不会出现符号乱码，所以出现的问题就是，接收方如何确认自己收到的消息就是发送方发来的原始消息呢？

使用消息验证码进行消息验证的步骤大致如下：

1. 通信双方事先共享同一个**。
2. 发送方将原始消息使用**进行MAC运算，得到消息的MAC值，将MAC值和原始消息一起发送给接收方。
3. 接收方接收到消息后，先将消息部分与自己的**进行MAC运算，得到MAC值，再把MAC值与一同发来的MAC值进行比较，如果一致，表示消息没有被篡改，是原始消息，因为MAC值是对原始消息进行的MAC运算，只要消息发生一点变化，计算出来的MAC值都会不同。

 

数字签名-身份验证

消息验证码完成对消息的确认，确认消息是没有经过篡改的原始消息，最后，来到身份验证。没错，对消息要验证，对通信双方的身份也要进行验证，你可能会想，为什么？不是只有通信双方才有通信使用的**吗？不对，我们的通信不一定都是两人双方通信，可能是一组人一群人的通信，这样拥有**的人就有很多了，如果通信时不进行身份验证，会出现什么样的问题？

首先是消息篡改，假设A，B，C三人共同拥有通信的**，A向B发送了一条消息，被C截获了，由于C也有**，C可以解出明文，然后对其进行修改，再加密发送给B，B只要解出意义明确，可读的消息，就会认为是A发来的。第二个问题是不可抵赖性问题，同样是A，B，C三人，C给B发送了消息，但是C可以抵赖说自己没发送过，原因是A也有共同的**，A也可以发送消息给B。类似的还有，假设C发送了消息给B，但B无法向其他人证明这是C发送的，原因是A也可以使用相同的**和B进行通信，B无法向其他人证明这条消息的发送方。

出现上述问题的原因都是因为无法确定发送方身份的问题，所以除了消息验证外，身份验证也是必要的，进行身份验证，可以使用数字签名。身份验证要做到不可抵赖，关键是要找到一个可以唯一标识通信方身份的东西，就像我们每个人的指纹，身份证号码等，只能唯一标识我们自己，无法抵赖。

拿公开**RSA举例，**协商完成后，客户端拥有服务器端发来的公钥（通信加密用），自己的客户端私钥（解密服务器端发来的消息用），服务器端同理，那么对于通信双方来说，自己的私钥就是可以唯一标识自己身份的东西。对于客户端来说，私钥只有它自己拥有，在发送信息时，用自己的私钥对该信息进行“签名”，发送到服务器端处，由于服务器端有客户端公钥，可以解出签名信息，服务器端也一样，使用只有自己拥有私钥进行“签名”，无法抵赖。

生成签名：

首先对消息进行Hash运算得出一个摘要值，然后发送方使用自己的私钥对摘要值进行签名，得到的签名值和消息一起发送给接收方。

接收方接收到信息后，首先对签名值进行运算得出一个签名值（其使用摘要值好一点），然后对消息进行Hash运算得到摘要值，然后比较这两个摘要值是否一致，如一致就能确认发送方的身份。