朝花夕拾 - Transport Layer Security

0x1. TLS 如何握手？

TLS 握手流程

图片来自 cloudflare

具体流程：

Client Hello

客户端发送 Client hello 给服务器，包含协议版本号，客户端随机数，支持的密码套件(例如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384) 等信息
Server Hello

服务器收到 Client Hello 信息后, 服务器回复 Server Hello 给客户端，包含服务器随机数，服务器选择的加密套件，服务器证书等信息
交换密钥

a. 客户端验证服务器的证书合法后，生成预主密钥, 通过服务器公钥加密后发给服务器

b. 服务器用私钥解密，获得预主密钥；客户端，服务器用客户端随机码，服务器随机码，预主密钥生成会话密钥，后续通讯用该会话密钥加密；

c. 握手结束

0x2. 证书里面有什么？

证书是 X.509 格式，主要包含公钥，颁发机构 (CA)，签名，过期时间等信息，证书的常见后缀有 CRT (linux/unix)，CER (windows)，KEY (包含公钥，私钥)，其内部采用 DER 或者 PEM 来编码；

PEM

PEM 可以用来表示证书，公钥，私钥，PEM 是一串字符串，由 “ ——xxxx—— + base64(内容) + ——xxxx—— “ 组成

DER

Base64 解码 PEM 格式中间的内容，得到如下二进制数据，DER 是一种二进制编码格式。

30 82 04 aa 30 82 02 92 a0 03 02 01 02 02 02 10 01 30 0d 06 09 2a 86 48 86 f7 0d 01 01 0b 05 00 30 78 31 0b 30 09 06 03 55 04 06 13 02 47 42 31 0e 30 0c 06 03 55 04 08 0c 05 43 68 69 6e 61 31 0d 30 0b 06 03 55 04 0a 0c 04 41 49 53 41 31 27 30 25 06 03 55 04 0b 0c 1e 41 49 53 41 20 4c 74 64 20 43 65 72 74 69 66 69 63 61 74 65 20 41 75 74 68 6f 72 69 74 79 31...

X.509

解码 DER 可以得到 X.509, X.509 利用 ASN.1 来描述其数据结构。

SEQUENCE {
   SEQUENCE {
      [0] {
         INTEGER 0x02 (2 decimal)
      }
      INTEGER 0x1001 (4097 decimal)
      SEQUENCE {
         OBJECTIDENTIFIER 1.2.840.113549.1.1.11 (sha256WithRSAEncryption)
         NULL 
      }
      ...
}

ASN.1

ASN.1 定义了一套描述数据的规则，ASN.1 与 DER 的关系，有点像 Unicode 和 UTF-8 的关系，ASN.1 只是一套描述规则，没有定义具体的编码方式，而 DER 是 ASN.1 最常用的编码方式；

用 ANS.1 表示一个 Foo 协议

FooProtocol DEFINITIONS ::= BEGIN
    FooQuestion ::= SEQUENCE {
        trackingNumber INTEGER,
        question       IA5String
    }

    FooAnswer ::= SEQUENCE {
        questionNumber INTEGER,
        answer         BOOLEAN
    }

END

ASN.1, X.509, DER, PEM 关系示意图

0x3. Openssl 操作示例

生成 RSA 私钥

1
2
3

openssl genrsa -out private.pem 512

# 注：为简单起见，使用 512 位的密钥；生产环境中请使用 2048 位密钥

private.pem 是 PEM 格式，内容如下：

提取公钥

1	openssl rsa -in private.pem -pubout -out pubkey.pem

pubkey.pem 内容如下：

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAKyymwzYcqw5MSHZFC2CoqctACyFdx4V
uCo+mKiCgOW4JvMtcfhpXCrU5QeHaBvbsVP0Yvf/EyUTqM3XCwaM+eUCAwEAAQ==
-----END PUBLIC KEY-----

提取 (n, e)

1	openssl rsa -inform PEM -text -noout -pubin < pubkey.pem

格式转换

PEM -> DER

openssl rsa -in private.pem -outform DER -out private.der

# 查看 DER
xxd -l 16 -p private.der
> 3082013b020100024100acb29b0cd872

DER -> PEM

1	openssl rsa -in private.der -inform DER -out private1.pem

提取 ASN.1

openssl asn1parse -in public.key

-> 
   0:d=0  hl=2 l=  92 cons: SEQUENCE
   2:d=1  hl=2 l=  13 cons: SEQUENCE
   4:d=2  hl=2 l=   9 prim: OBJECT            :rsaEncryption
  15:d=2  hl=2 l=   0 prim: NULL
  17:d=1  hl=2 l=  75 prim: BIT STRING

提取 n (prim: INTEGER)

openssl asn1parse -strparse 17 -in pubkey.pem
->
    0:d=0  hl=2 l=  72 cons: SEQUENCE
    2:d=1  hl=2 l=  65 prim: INTEGER           :ACB29B0CD872AC393121D9142D82A2A72D002C85771E15B82A3E98A88280E5B826F32D71F8695C2AD4E50787681BDBB153F462F7FF132513A8CDD70B068CF9E5
   69:d=1  hl=2 l=   3 prim: INTEGER           :010001

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0x1. TLS 如何握手？

0x2. 证书里面有什么？

0x3. Openssl 操作示例

参考