【免费】9-2019053753-胡靖-HTTPS协议分析1资源-CSDN文库

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暨南大学本科实验报告专用纸

课程名称网络安全实验成绩评定

实验项目名称 HTTPS 协议分析指导教师潘冰

实验项目编号 9 实验项目类型综合型实验地点信息安全实验室

学生姓名胡靖学号 2019050858

学院智能科学与工程学院系专业信息安全

实验时间 2022 年 4 月 26 日下午～ 4 月 26 日下午

一、实验目的

1. 掌握使用 OpenSSL 生成数字证书的方法

2. 掌握在 Linux 平台下使用 Apache+OpenSSL 组合实现网络安全通信

3. 了解 SSL 的握手过程

4. 分析 HTTPS 协议

5. 了解客户端浏览器查看相关网站的证书的方法

二、实验环境

系统环境：Windows

三、实验原理

一. SSL 协议简介

在互联网上访问某些网站时，也许你会注意到在浏览器窗口的下方会显示一个锁的小图

标，如图 1 所示，这表示该网页被 SSL 保护着。

图 1 访问网页正受 SSL 保护

SSL 协议（SecureSocketsLayerProtocol）是一个用于在因特网上进行保密通信的安全

协议，它位于 TCP 层和应用层之间，对应用层透明。虽然 SSL 协议的设计初衷是支持各种应

用层协议的，例如 HTTP，FTP，Telnet 等，但目前 SSL 协议的主要应用范围是 HTTP 协议。

二. SSL 协议层次结构

SSL 协议具有两层结构，其低层是 SSL 记录协议层（SSLRecordProtocolLayer），简称

记录层；其高层是 SSL 握手协议层（SSLHandshakeProtocolLayer），简称握手层，如图 2 所

示。握手层允许通信实体在应用 SSL 协议传送数据之前相互验证身份、协商加密算法、生成

密钥等。记录层封装各种高层协议，具体实施压缩与解压缩、加解密、计算与验证 MAC 等与

安全有关的操作。

图 2 SSL 协议层次结构

1. SSL 协议支持的密码算法

在 SSL 协议中，应用对称加密体制加密传输的数据，应用非对称加密体制验证实体身份

和交换密钥。其中，非对称加密算法按用途分为密钥交换算法和数字签名算法。

SSL 协议支持的序列加密算法有 RC4；支持的分组加密算法有 RC2、DES、3DES、IDEA

和 Fortezza；另外 SSL 协议指定专为出口使用的 40 位 DES 算法，称为 DES40。SSL 协议支

持的密钥交换算法有 RSA，Diffie-Hellman 和 Fortezza_dms；数字签名算法有 RSA 和 DSA。

数字签名时，单向散列函数作为签名算法的输入。在 SSL 协议中，指定的散列函数算法为 MD5

和 SHA。在 RSA 签名算法中，一个 36(128 位 MD5 摘要＋160 位 SHA 摘要)字节的两个散列函

数（一个是 SHA 散列函数，一个是 MD5 散列函数）的连接被签名。在 DSS 签名算法中，一个

20 字节的 SHA 散列函数被签名。

2. SSL 协议层次结构

SSL 协议具有两层结构，其低层是 SSL 记录协议层（SSLRecordProtocolLayer），简称

记录层；其高层是 SSL 握手协议层（SSLHandshakeProtocolLayer），简称握手层，如图 2 所

示。握手层允许通信实体在应用 SSL 协议传送数据之前相互验证身份、协商加密算法、生成

密钥等。记录层封装各种高层协议，具体实施压缩与解压缩、加解密、计算与验证 MAC 等与

安全有关的操作。

图 2 SSL 协议层次结构

1. SSL 协议支持的密码算法

在 SSL 协议中，应用对称加密体制加密传输的数据，应用非对称加密体制验证实体身份

和交换密钥。其中，非对称加密算法按用途分为密钥交换算法和数字签名算法。

SSL 协议支持的序列加密算法有 RC4；支持的分组加密算法有 RC2、DES、3DES、IDEA

和 Fortezza；另外 SSL 协议指定专为出口使用的 40 位 DES 算法，称为 DES40。SSL 协议支

持的密钥交换算法有 RSA，Diffie-Hellman 和 Fortezza_dms；数字签名算法有 RSA 和 DSA。

数字签名时，单向散列函数作为签名算法的输入。在 SSL 协议中，指定的散列函数算法为 MD5

和 SHA。在 RSA 签名算法中，一个 36(128 位 MD5 摘要＋160 位 SHA 摘要)字节的两个散列函

数（一个是 SHA 散列函数，一个是 MD5 散列函数）的连接被签名。在 DSS 签名算法中，一个

20 字节的 SHA 散列函数被签名。

2. SSL 协议的通信主体

SSL 协议定义了两个通信主体：客户和服务器。其中，客户是协议的发起者。在 SSL 协

议中定义的客户和服务器，与通常讲的 C/S 结构中的客户和服务器含义不同。在 C/S 结构中，

应用层从请求服务和提供服务的角度定义客户和服务器，而 SSL 协议则从建立加密参数的过

程中扮演的角色定义客户和服务器。当 SSL 协议与客户/服务器结合使用时，C/S 结构中的

客户应用其下方的 SSL 协议，以 SSL 协议的客户身份运行；C/S 结构中的服务器应用其下方

的 SSL 协议，以 SSL 协议的服务器身份运行。

3. 记录协议层

记录协议层的功能是，根据当前会话状态指定的压缩算法，CipherSpec 指定的对称加

密算法、MAC 算法、密钥长度、散列长度、IV 长度等参数，以及连接状态中指定的客户和服

务器的随机数、加密密钥、MAC 秘密、IVs、消息序列号等，对当前连接中要传送的高层数

据实施压缩与解压缩、加解密、计算与检验 MAC 等操作。

记录协议层需要封装的高层协议有以下 4 类：

 changecipherspec 协议；

 Alert 协议；

 握手协议；

 应用层协议，例如，HTTP，FTP 和 Telnet 等。

SSL 的协议栈如图 3 所示。

图 3 SSL 的协议栈

压缩算法是当前会话状态中的一个元素，明文结构经压缩算法生成压缩结构。每个会话

都有一个有效的压缩算法，同样，每个会话都有一个有效的 CipherSpec，包含指定的对称

加密算法和 MAC 算法。压缩结构经 MAC 算法和加密算法生成密文结构。

以发送方为例，记录层的工作流程如图 4 所示。接收方的流程相反。

图 4 SSL 记录协议层的工作流程

(1) SSL 记录层从应用层接收任意大小的数据块，将数据块分段成不超过 214 字节的明

文记录。

(2) 用当前会话状态中指定的压缩算法将明文结构变换为压缩结构。

(3) 用当前 CipherSpec 中指定的 MAC 算法对压缩结构计算 MAC；用加密算法加密压缩

数据和 MAC，形成密文结构。

4. 握手协议层

握手协议层的功能是验证实体身份，协商密钥交换算法、压缩算法和加密算法，完成密

钥交换及生成密钥等。 SSL 协议的握手过程用到 3 种协议： SSL 握手协议、

SSLchangecipherspec 协议和 SSLAlert 协议。SSL握手协议用于建立会话状态中的加密参数。

客户和服务器的握手过程是指建立一个会话或恢复一个会话的过程。在这一过程中，客

户和服务器都建立新的会话状态或使用已存在的会话的会话状态。但每次握手都生成新的密

钥、MAC 秘密和 IVs，并将这些参数作为当前状态中的元素。在客户和服务器之间建立一个

连接，就必须进行握手过程。每次握手都存在一个会话和一个连接，连接一定是新的，但会

话可能是新的，也可能是已存在的。下面是 SSL 握手的四个阶段。

第一阶段：建立起安全协商。

(1) 客户发送一个 clienthello 消息，包括以下参数：版本、随机数（32 位时间戳和 28

字节随机序列）、会话 ID、客户支持的密码算法列表（CipherSuite）、客户支持的压缩方法

列表；

(2) 然后，客户等待服务器的 serverhello 消息；

(3) 服务器发送 serverhello 消息，参数：客户建议的最低版本以及服务器支持的最高

版本、服务器产生的随机数、会话 ID、服务器从客户建议的密码算法中挑出一套、服务器

从客户建议的压缩方法中挑出一个。

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