TLS握手过程分析

[chenpengcong]

记录对TLS握手过程的一次分析

分析场景: 在git bash下使用curl请求www.baidu.com

$ curl https://www.baidu.com

使用wireshark抓包结果如下(图1)

这里Encrypted Handshake Message在RFC5246中并没有直接提及

通过对HTTPS数据进行解密(参考 Wireshark对HTTPS数据的解密 )，可以看到Encrypted Handshake Message实际上就是握手协议中的Finished

证明过程: 使用浏览器访问https://www.baidu.com, 抓包结果(解密前)如下

wireshark导入Pre-Master-Secret后，可以看到Wireshark将Encrypted Handshake Message识别为Finished

到这里可以将图1抓包结果对应的握手过程表示如下

      Client                                               Server

      ClientHello                  -------->
                                                      ServerHello
                                                      Certificate
                                                ServerKeyExchange
                                   <--------      ServerHelloDone
      ClientKeyExchange
      ChangeCipherSpec
      Finished                     -------->
                                                 ChangeCipherSpec
                                   <--------             Finished

RFC5246详细地描述了上述每条信息包含的数据及作用，在这里我重点梳理密钥协商的一个过程

密钥协商最终目的就是双方协商出一个主密钥(Master secret)，该主密钥用来生成衍生出其他密钥，比如会话密钥(参考Differences between the terms “pre-master secret”, “master secret”, “private key”, and “shared secret”?)

RFC5246 section-8.1中描述了Master secret的计算方法

 master_secret = PRF(pre_master_secret, "master secret",
                     ClientHello.random + ServerHello.random)
                     [0..47];

其中ClientHello.random在ClientHello消息中

ServerHello.random在ServerHello中

而pre_master_secret的计算在使用不同协商机制情况下有不同的表现

通过查看Server Hello消息

得知密钥交换使用了ECDHE协议，原理可以参考ECDH

通过RFC5246 section-8.1.2描述

A conventional Diffie-Hellman computation is performed. The negotiated key (Z) is used as the pre_master_secret, and is converted into the master_secret

可以了解到ECDHE协商得到的值就是premaster secret

因为ECDHE数学原理看不懂所以这里无法展开讨论，但通过阅读该协议的描述可以知道通信双方完成ECDHE交换需要完成以下两点

1. 约定使用的椭圆曲线
2. 交换双方使用的公钥

通过分析抓包得到的数据可知，Server通过ServerKeyExchange告知Client使用的椭圆曲线和自己使用的公钥

然后Client通过ClientKeyExchange告知Server自己使用的公钥

有了椭圆曲线和对方的公钥后，双方就可以计算出一个相同的值，并将该值作为预主密钥(premaster secret), 到这里密钥协商就算完成，双方的Master secret也都可以计算出来了

暂时分析到这，关于证书校验和其他密钥协商机制的细节有机会再研究下

参考

• Wireshark对HTTPS数据的解密
• Differences between the terms “pre-master secret”, “master secret”, “private key”, and “shared secret”?
• ECDH协议
• rfc5246