混合加密机制

Posted 2020-11-01 cxyzt

混合加密机制同时结合了对称加密和非对称加密的优点。

 

先用计算复杂度高的非对称加密协商出一个临时的对称加密密钥（也称为会话密钥，一般相对所加密内容来说要短得多），然后双方再通过对称加密算法对传递的大量数据进行快速的加解密处理。

 

典型的应用案例是现在大家常用的HTTPS协议。HTTPS协议正在替换掉传统的不安全的HTTP协议，成为最普遍的Web通信协议。

 

HTTPS在传统的HTTP层和TCP层之间通过引入Transport Layer Security/Secure Socket Layer（TLS/SSL）加密层来实现可靠的传输。

 

SSL协议最早是Netscape于1994年设计出来实现早期HTTPS的方案，SSL 3.0及之前版本存在漏洞，被认为不够安全。TLS协议是IETF基于SSL协议提出的安全标准，目前最新的版本为1.2（2008年发布）。推荐使用的版本号至少为TLS 1.0，对应到SSL 3.1版本。除了Web服务外，TLS协议也广泛应用于Email、实时消息、音视频通话等领域。

 

采用HTTPS建立安全连接（TLS握手协商过程）的基本步骤如下：

 

1）客户端浏览器发送信息到服务器，包括随机数R1、支持的加密算法类型、协议版本、压缩算法等。注意该过程为明文。

 

2）服务端返回信息，包括随机数R2、选定加密算法类型、协议版本以及服务器证书。注意该过程为明文。

 

3）浏览器检查带有该网站公钥的证书。该证书需要由第三方CA来签发，浏览器和操作系统会预置权威CA的根证书。如果证书被篡改作假（中间人攻击），很容易通过CA的证书验证出来。

 

4）如果证书没问题，则客户端用服务端证书中的公钥加密随机数R3（又叫Pre-MasterSecret），发送给服务器。此时，只有客户端和服务器都拥有R1、R2和R3信息，基于随机数R1、R2和R3，双方通过伪随机数函数来生成共同的对称会话密钥MasterSecret。

 

5）后续客户端和服务端的通信都通过对称加密算法（如AES）进行保护。

 

可以看出，该过程的主要功能是在防止中间人窃听和篡改的前提下完成会话密钥的协商。为了保障前向安全性（perfect forward secrecy），TLS对每个会话连接都可以生成不同的密钥，避免某次会话密钥泄露之后影响了其他会话连接的安全性。需要注意，TLS协商过程支持加密算法方案较多，要合理地选择安全强度高的算法，如DHE-RSA、ECDHE-RSA和ECDHE-ECDSA。

 

示例中对称密钥的协商过程采用了RSA非对称加密算法，实践中也可以通过Diffie–Hellman协议来完成。

 

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