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代码角度看SSL握手过程

2022-3-7 16:16 12522

代码角度看SSL握手过程

囧囧

2022-3-7 16:16

12522

代码角度看SSL握手过程
-- 以 ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256 密码套件为例

QQ ：181S3493S7

名词解释：密码套件--SSL握手过程联合使用了一系列加密&摘要算法，这样一组算法的集合，称为密码套件。

以下调试信息输出代码为：
https://github.com/DeDf/atls -- windows
fork自
https://github.com/mrpre/atls -- linux

测试方法：
编译运行运行atls;
下载安装openssl，openssl s_client -connect 127.0.0.1:44444;
用wireshark抓loopback包，过滤条件是tls;

（SSL服务器视角）
a_tls_handshake[1]: a_tls_get_client_hello()
a_tls_handshake[2]: a_tls_send_srv_hello()
a_tls_handshake[8]: a_tls_send_srv_cert()
a_tls_handshake[3]: a_tls_send_srv_ke() Key Exchange
a_tls_handshake[4]: a_tls_send_srv_hello_done()
a_tls_handshake[12]: a_tls_get_client_ke() Key Exchange
a_tls_handshake[11]: a_tls_get_client_ccs() Change Cipher Spec
a_tls_handshake[14]: a_tls_get_client_finished()
a_tls_handshake[6]: a_tls_send_srv_ticket()
a_tls_handshake[5]: a_tls_send_srv_ccs() Change Cipher Spec
a_tls_handshake[10]: a_tls_send_srv_finished()

a_tls_get_client_hello()
这里有个两个重要信息，和一些扩展信息
1.重要的是Client random(32 Bytes)，
2.重要的是支持的加密套件list
扩展信息里给出了
1.说明了client支持的椭圆曲线list
2.支持的hash与sign算法的list；sigalg_pair_t g_sigalg_pair[A_TLS_MAX_SIG_ALG]

a_tls_send_srv_hello()
1重要的是Server random(32 Bytes)，
2服务器检查client支持的密码套件组，如果服务器支持，则从中选则一个返回给client,
本文以ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256为例

1 2	`ECDH` `-` `Elliptic Curve Diffie–Hellman key exchange` `-` `椭圆曲线迪菲-赫尔曼密钥交换` `ECDHE` `-` `(ECDH Ephemeral) 临时ECDH` `-` `保证前向安全`

a_tls_send_srv_cert()
服务器把自己的证书（链）发给client

a_tls_send_srv_ke()
服务器用ECDHE算法，选择一个server支持的椭圆曲线，本例为已命名的椭圆曲线，secp256r1，
注意client hello的扩展里可能说明了client支持的椭圆曲线list
用该椭圆曲线，生成一个65bytes的公钥；

这里选择用client_hello里说明的hash与sign算法，rsa_pss_rsae_sha256 : 0x0804;
 hash算法为sha256；
  client random 32bytes + server  random 32bytes + 1 + 2 + 1 + ECDH 公钥 65bytes，
  上面共0x85字节过一次hash；
 
  接着是对上面hash的结果做rsa_pss_padding；
    有一个等于当前RSA密钥长度的buf（0x100字节），内容清0，密钥长度是证书决定的；
    生成一个hashlen(0x20字节)的随机数作为salt；
    buf - 1 - 0x20*2 - 1处一字节存一个"1"，后面20字节存这个salt;
    0x00 * 8 （8字节） + 上次hash结果（0x20字节）+ salt（0x20字节），再来一次hash；
    这个hash挨着上面的salt存。
 
      然后进入mgf1算法（掩码生成函数），
      {
        用上面最后的hash值（0x20字节），加一个count(4字节 大端序)，count从0开始计数；
        循环（count++）给这0x20+count4字节做hash，用这个hash，与buf[i]处异或填充buf[i]，i从0到HashLen.
        也就是每做一次hash填32个字节（HashLen == 0x20字节）；
        填充范围是上面的buf从头到(buf+0x100-HashLen-1)处；
        最后不到20字节的，按实际剩余字节数填充。
        buf最后一个字节置0xbc,首字节out[0] &= 0xFF >> 1;
      }
      mgf1算法结束，拼出buf(0x100字节：RSA密钥长度）；
 
  然后 RSA_private_encrypt(0x100, buf（0x100字节）, out, rsa, RSA_NO_PADDING) 生成的out也是0x100字节；
  这0x100个字节就是RSA sign的内容；

a_tls_send_srv_hello_done()
简单（略）

a_tls_get_client_ke()
收到client的ECDH的公钥65字节，算出pms 0x20字节，
用"master secret"13字节，+ client_random 0x20字节，+ srv_random 0x20字节，共0x4d字节；
与pms 0x20字节一起，经过phash算法(内部调用HMAC算法(参数调用sha256，一种标准的hash加盐算法))，算出48字节的master_Key.

a_tls_get_client_ccs()
用""key expansion"13字节，+ srv_random 0x20字节，+ client_random 0x20字节，共0x4d字节；
与master_Key 0x30字节一起，经过phash算法(内部调用HMAC算法(参数调用sha256，一种标准的hash加盐算法))，算出0x68字节的Key_Block;
Key_Block包含读与写的cipher_key 0x10字节，IV 4字节。
a_tls_init_cipher，用Key_Block各部分（读的cipher_key 0x10字节，IV 4字节）初始化对称解密算法（AES_128_GCM）;
这里初始化的是读取client消息的对称解密算法。

a_tls_get_client_finished()
第一次收到被对称加密的数据，具体解密方式（AES_128_GCM）为以前写的demo的解密算法，不再叙述；
解出来的值为，当前所有接收和发送的握手（数据类型为 HANDHSHAKE = 0x16）数据（除当前的finished消息外），经过一次sha256得到一个hash值,
"client finished" 15个字节， + 上面hash值 0x20个字节，与MASTER_KEY（48 字节）一起；
经过phash算法(内部调用HMAC算法(参数调用sha256，一种标准的hash加盐算法))，得到12字节的值，
这个值就是client发来的值，不一致的话说明被篡改；

a_tls_send_srv_ticket()
atls这里只是简单实现，不是标准；

a_tls_send_srv_ccs() Change Cipher Spec
a_tls_init_cipher，用Key_Block各部分（写的cipher_key 0x10字节，IV 4字节）初始化对称解密算法（AES_128_GCM）;
这里初始化的是server发送消息的对称加密算法。

a_tls_send_srv_finished()
第一次发送被对称加密的数据；
当前所有接收和发送的握手（数据类型为 HANDHSHAKE = 0x16）数据（除当前的finished消息外），经过一次sha256得到一个hash值,
"server finished" 15个字节， + 上面hash值 0x20个字节，与MASTER_KEY（48 字节）一起；
经过phash算法(内部调用HMAC算法(参数调用sha256，一种标准的hash加盐算法))，得到12字节的值，
这个值就是发给client的值，client验证不一致的话说明被篡改；

到这里握手完毕，到client向服务器发GET了。
注意GCM加密模式，这里开始读/写都算第二次加密了，因为读/写finished消息就是第一次加密。