TCP和SSL/TLS 协议通信原理

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背景

产品提了一个bug，初步排查可能是因为对接oAuth2单点登录时，客户端使用的https协议和服务端的使用的https协议版本不相同。客户端使用的协议版本是SSL3，服务端使用使用的协议版本是TSL1.2。所以上午补了一下关于https的SSL/TLS的基础知识

关于HTTP和HTTPS

访问网站时，以HTTPS开头的表示你和服务器之间传输的数据经过了加密，这里所使用的加密协议就是SSL（Secure Sockets Layer，后来又推出了它的后续版本，改名叫TLS）。把HTTP协议经过一层SSL协议进行加密包装，就变成了HTTPS。当然，SSL/TLS还用在很多协议中，例如VPN、加密的电子邮件协议等。


SSL(Secure Socket Layer)安全套接层
TLS(Transport Layer Security)传输层安全协议（SSL的后续版本）
TLS的主要目标是使SSL更安全，并使协议的规范更精确和完善。TLS 在SSL v3.0 的基础上，提供了以下增强内容：

1. 更安全的MAC算法
2. 更严密的警报
3. “灰色区域”规范的更明确的定义

SSL/TSL

jdk1.8默认为TSL1.2
OPENSSL
在SSL协议中，我们使用了很多密码学手段来保护数据，其中包括对称密码、公钥密码、数字签名、证书、完整性校验、伪随机数生成等。OpenSSL是一套开源的密码学工具包（open source cryptography toolkit），是一个强大的安全套接字层密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及 SSL 协议，并提供丰富的应用程序供测试或其他的目的使用。

• Libencrpt：加解密库
• Libssl：实现ssl安全通信机制的库
• Openssl：多用途命令行工具

SSL/TSL 协议通信原理

会话握手的四个阶段，"握手阶段"的所有通信都是明文的 。

1. 客户端发出请求（ClientHello）：客户端（通常是浏览器、sso的客户端）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。在这一步，客户端主要向服务器提供以下信息

• 产生一个随机数，这个随机数一方面需要在客户端保存，另一方面需要传送给服务端

  1. 支持的协议版本，比如TLS 1.2版。
  2. 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
  3. 支持的加密方法，比如RSA公钥加密。
  4. 支持的压缩方法。

注意： 客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。

2. 服务器回应（SeverHello）：服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。

• 服务端也需要产生一个随机数发送给客户端。客户端和服务端都需要使用这两个随机数来产生 Master Secret

  1. 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。
  2. 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
  3. 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。
  4. 服务器证书。（如X509）
  5. 索要客户端证书（非必须），银行金融系统会需要，其它很少有网点会索取

3. 客户端回应：客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。如果证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后，向服务器发送下面三项信息。
   1. 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听。
   2. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
   3. 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。

上面第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数【三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。安全性】，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。

4. 服务器的最后回应：服务器收到客户端的第三个随机数 pre-master key 之后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。然后，向客户端最后发送下面信息。
   1. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
   2. 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值，用来供客户端校验。

至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用"会话密钥"加密内容。

TCP三次握手建立连接

一开始，客户端和服务端都处于 CLOSE 状态。先是服务端主动监听某个端口，处于 LISTEN 状态

1. 客户端会随机初始化序号（client_isn），将此序号置于 TCP 首部的「序号」字段中，同时把 SYN 标志位置为 1，表示 SYN 报文。接着把第一个 SYN 报文发送给服务端，表示向服务端发起连接，该报文不包含应用层数据，之后客户端处于 SYN-SENT 状态。
2. 服务端收到客户端的 SYN 报文后，首先服务端也随机初始化自己的序号（server_isn），将此序号填入 TCP 首部的「序号」字段中，其次把 TCP 首部的「确认应答号」字段填入 client_isn + 1, 接着把 SYN 和 ACK 标志位置为 1。最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于 SYN-RCVD 状态。
3. 客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，首先该应答报文 TCP 首部 ACK 标志位置为 1 ，其次「确认应答号」字段填入 server_isn + 1 ，最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带客户到服务端的数据，之后客户端处于 ESTABLISHED 状态。

服务端收到客户端的应答报文后，也进入 ESTABLISHED 状态。第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的

TCP四次挥手

• 关闭连接时，客户端向服务端发送 FIN 时，仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。
• 服务端收到客户端的 FIN 报文时，先回一个 ACK 应答报文，而服务端可能还有数据需要处理和发送，等服务端不再发送数据时，才发送 FIN 报文给客户端来表示同意现在关闭连接。

1. 客户端打算关闭连接，此时会发送一个 TCP 首部 FIN 标志位被置为 1 的报文，也即 FIN 报文，之后客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
2. 服务端收到该报文后，就向客户端发送 ACK 应答报文，接着服务端进入 CLOSE_WAIT 状态。
3. 客户端收到服务端的 ACK 应答报文后，之后进入 FIN_WAIT_2 状态。
4. 等待服务端处理完数据后，也向客户端发送 FIN 报文，之后服务端进入 LAST_ACK 状态。
5. 客户端收到服务端的 FIN 报文后，回一个 ACK 应答报文，之后进入 TIME_WAIT 状态
6. 服务端收到了 ACK 应答报文后，就进入了 CLOSE 状态，至此服务端已经完成连接的关闭。
7. 客户端在经过 2MSL 一段时间后，自动进入 CLOSE 状态，至此客户端也完成连接的关闭。

每一个方向都需要一个 FIN 和一个 ACK，因此通常被称为四次挥手。
注意：主动关闭连接的，才有 TIME_WAIT 状态

参考文章：
SSL/TLS原理详解
一篇文章读懂HTTPS TLS 1.2握手流程（中）
一文看懂SSL/TLS/OPENSSL/HTTPS

最后

慢慢的来，别着急！学会有质量的走过每一步


我是代码不会敲的小符，希望认识更多有经验的大佬，也在努力摸索出自己的道路
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