网络安全协议与PKI应用

1. SSL/TLS 协议

Secure Socket Layer安全套接层（SSL v2/v3）和Transport Layer Security 传输层安全协议(TLS v1)协议是目前Internet上使用最广泛的安全协议。SSL/TLS在源和目的实体间建立了一条安全通道(在传输层之上)，提供基于证书的认证、信息完整性和数据保密性服务，用来传送信息、实现Server/Client双向身份验证、防篡改（完整性检测）等。

SSL 记录协议为 SSL 连接提供两种服务：

• 机密性：握手协议定义了共享的、可以用于对SSL有效载荷进行常规加密的密钥。

• 报文完整性：握手协议还定义了共享的、可以用来形成报文的鉴别码(MAC)的密钥。

客户与服务器之间建立逻辑连接的 4 个阶段：

• 建立安全能力：包括协议版本、会话ID、密文组、压缩方法和初始随机数；

• 服务器鉴别和密钥交换：，服务器可以发送证书、密钥交换和证书请求。服务器发出结束Hello报文阶段的信号；

• 客户鉴别和密钥交换，如果请求的话，客户发送证书，客户发送密钥交换，客户可以发送证书验证报文；

• 结束，修改密文族并结束握手协议。

SSL被设计成使用TCP来提供一种端到端的安全服务。浏览器与Web服务器之间经过一个握手的过程来完成身份鉴定与密钥交换，从而建立安全连接，握手过程流程如下：

• ① 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。

• ② 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。

• ③ 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。

• ④ 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。

• ⑤ 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。

• ⑥ 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）。

• ⑦ 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。

• ⑧ 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。

• ⑨ 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。

• ⑩ 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。

2. S/MIME & PGP 协议

PGP（Pretty Good Privacy）和S/MIME（Secure Multi－Part Intermail Mail Extension），邮件加密专用协议，它们的主要功能就是身份的认证和传输数据的加密。

PGP 协议：

1. PGP的成功，主要由于Phil Zimmerman的贡献。PGP提供了一种机密性和鉴别的服务，可以用于电子邮件和文件存储的应用。

2. PGP的实际操作由5种服务组成：鉴别、机密性、压缩、电子邮件的兼容性和分段/重组。

3. 加密密钥和密钥环

PGP使用了4种类型的密钥：一次性会话的常规密钥、公开密钥、私有密钥和基于口令短语(Passphrase)的常规密钥。

4. 公开密钥管理

S/MIME 协议：

该标准包括密码报文语法、报文规范、证书处理以及证书申请语法等方面的内容。

1. RFC822 – MIME – S/MIME

2. S/MIME的功能：加密的数据、签名的数据、Clear-signed Data和签名并且加密的数据。

3. S/MIME证书的处理(RFC2632)：

4. S/MIME增强的安全服务(RFC2634)：Signed Receipt、Security Label和Security mailing list。

3. 安全电子交易 SET 协议

在金融业逐步走向电子化的今天，支付工具己逐渐从传统的物理形式的现金转换成信用卡，但支付形式却仍是消费者与商家面对面地使用支付工具，当面即时地查验支付工具的真伪。对于网上交易而言，商家、消费者和银行等中间机构是通过Internet互连在一起的，他们无法用传统的方法完成支付的查验过程。为解决这一问题，VISA和Master两大信用卡组织提出了以信用卡为基础的电子系统支付系统规范，即SET（Secure ElectronicTransaction)标准。

在 SET 标准中，定义了五种实体：

• 1）持卡人：拥有信用卡的消费者；

• 2）商家：在Inter 3）支付网关：由金融机构或第三方控制，它处理持卡人购买和商家支付的请求；

• 4）收单者（Acquirer）：负责将持卡人的帐户中资金转入商家帐户的金融机构；ne上提供商品或服务的商店；

• 5）发卡者：负责向持卡人发放信用卡的金融机构。

涉及SET交易的所有持卡人、商家和支付网关三个实体。认证机构需分别向持卡人，商家和支付网关发出持卡人证书、商家证书和支付网关证书。三者在传输信息时，要加上发方的数字签字，并用接收方的公开密钥对信息解密。实现商家无法获得持卡人的信用卡信息，银行无法获得持卡人的购物信息，同时保证商家能收到货款的SET支付的目标。

应用示例：

1. 买主通过https连到电子商务站点，站点服务器验证客户证书

2. 站点服务器去LDAP库查用户权限

3. 购买、下定单，弹出ActiveX签名控件

4. 用户验证控件有效性、受性任

5. 控件通过微软CryptoAPI访问用户私钥，并提示签名，同时生订定单数据摘要

6. 用户对摘要签名点击提交，签名和订单发到web站点

7. 供货商收到订单时先申请时间戳存入日志，再验证签名，验证后指定完成订单者，并生成通告用安全邮件发给完成订单及买主

   
   微信公众号：海若Hero