使用SSL协议保证web服务通信安全(一、基础理论篇)

技术小甜 2017-11-15

安全 算法 加密 web SSL HASH 身份认证

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Apache服务器与客户端的通信是明文方式,很多通过HTTP协议传送数据的应用将受到黑客的威胁,信息的安全性难以得到保障。因此,本文就将对SSL协议进行深入剖析,并介绍如何使用SSL技术保护Apache服务器通信。

全文请见:http://netsecurity.51cto.com/art/201011/234421.htm

1  SSL简介

通常的连接方式中,通信是以非加密的形式在网络上传播的,这就有可能被非法窃听到,尤其是用于认证的口令信息。为了避免这个安全漏洞,就必须对传输过程进行加密。对HTTP传输进行加密的协议为HTTPS,它是通过SSL进行HTTP传输的协议,不但通过公用密钥的算法进行加密保证传输的安全性,而且还可以通过获得认证证书CA,保证客户连接的服务器没有被假冒。

SSL是一种国际标准的加密及身份认证通信协议,用户采用的浏览器就支持此协议。SSL(Secure Sockets Layer)最初是由美国Netscape公司研究出来的,后来成为了Internet网上安全通信与交易的标准(参见图1)。SSL协议使用通信双方的客户证书以及CA根证书,允许客户/服务器应用以一种不能被偷听的方式通信,在通信双方间建立起了一条安全的、可信任的通信通道。它具备以下基本特征:信息保密性、信息完整性、相互鉴定。

该协议主要使用Hash编码、加密技术,下面对这些技术进行简要介绍:

图1  SSL工作层次示意图

图1  SSL工作层次示意图

(1)Hash编码是使用Hash(散列)算法从任意长度的消息中计算Hash值的一个过程,Hash值可以说是消息的指纹,或者说是摘要。因为对于任何不同的消息,几乎总有不同的Hash值,如果有冲突的话,可以采用开链法等方法来进行避免。因此在SSL通信过程中,可以对消息的Hash值进行加密,确保传递的消息在传输过程中没有被修改。

(2)非对称加密或称之为公钥加密使用数学上相关的两个数值来对信息进行编码(加密),其中一个数字称为公钥,另一个称为私钥。公钥加密的信息可以用私钥解密,私钥加密的信息可以用公钥解密。由于公钥可以大面积发放,因此公钥加密在SSL加密通信中应用于对密钥的加密或者进行数字签名。

对称加密和非对称加密相比的区别在于对称加密中,加密信息和解密信息使用同样的密钥,因此该密钥无法公开,并且一旦知道其密码,则该加密完全失效。但是其具有加密、解密快速、方便的特点。

2  Apache中运用SSL的基本原理

1.公钥体制

加密和解密使用同一个密钥的算法,称为对称加密算法;加密和解密使用的是不同的密钥,称为非对称加密算法,公钥系统即属于非对称加密算法。对于对称加密而言,需要着重保护的是对称密钥,对于公钥算法而言,需要着重保护的是私钥。

公钥加密算法,以及衍生出的数字签名、数字证书技术,不仅广泛应用于Internet通信中,例如HTTPS协议中的SSL/TLS,在单机系统中也越来越受到重视,例如Windows XP的设备驱动程序、.NET的GAC assembly都要求数字签名。微软从Windows98/NT4起即提供了Cryptograph API,支持DES、RC2、RC4,IDEA等对称加密算法和RSA公钥系统等非对称密算法,以及MD5,SHA,MAC等摘要(Digest,也称为Hash,散列)算法。
 

RSA公钥加密在计算机产业中被广泛使用在认证和加密。可以从RSA Data Security Inc.获得的RSA公钥加密许可证。公钥加密是使用一对非对称的密码加密或解密的方法。每一对密码由公钥和私钥组成。公钥被广泛发布。私钥是隐密的,不公开。用公钥加密的数据只能够被私钥解密。反过来,使用私钥加密的数据只能用公钥解密。这个非对称的特性使得公钥加密很有用。

2.数字证书简介

数字证书就是互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一系列数据,提供了一种在Internet上验证您身份的方式,其作用类似于司机的驾驶执照或日常生活中的身份证。它是由一个由权威机构-----CA机构,又称为证书授权(Certificate Authorit y)中心发行的,人们可以在网上用它来识别对方的身份。数字证书是一个经证书授权中心数字签名的包含公开密钥拥有者信息以及公开密钥的文件。最简单的证书包含一个公开密钥、名称以及证书授权中心的数字签名。一般情况下证书中还包括密钥的有效时间,发证机关(证书授权中心)的名称,该证书的序列号等信息,证书的格式遵循ITUT X.509国际标准。数字证书可以应用于互联网上的电子商务活动和电子政务活动,其应用范围涉及需要身份认证及数据安全的各个行业,包括传统的商业、制造业、流通业的网上交易,以及公共事业、金融服务业、工商税务、海关、政府行政办公、教育科研单位、保险、医疗等网上作业系统。

一个标准的X.509数字证书包含以下一些内容:

证书的版本信息;

证书的序列号,每个证书都有一个唯一的证书序列号;

证书所使用的签名算法;

证书的发行机构名称,命名规则一般采用X.500格式;

证书的有效期,现在通用的证书一般采用UTC时间格式,它的计时范围为1950-2049;

证书所有人的名称,命名规则一般采用X.500格式;

证书所有人的公开密钥;

证书发行者对证书的签名。

3.数字证书基本功能

基于Internet网的电子商务系统技术使在网上购物的顾客能够极其方便轻松地获 得商家和企业的信息,但同时也增加了对某些敏感或有价值的数据被滥用的风险。买方和卖方都必须对于在因特网上进行的一切金融交易运作都是真实可靠的,并且要使顾客、商家和企业等交易各方都具有绝对的信心,因而因特网(Internet)电子商务系统必须保证具有十分可靠的安全保密技术,也就是说,必须保证网络安全的四大要素,即信息传输的保密性、数据交换的完整性、发送信息的不可否认性、交易者身份的确定性。

1、信息的保密性

交易中的商务信息均有保密的要求。如信用卡的帐号和用户名被人知悉,就可能 被盗用,订货和付款的信息被竞争对手获悉,就可能丧失商机。因此在电子商务的信 息传播中一般均有加密的要求。
 

2、交易者身份的确定性

网上交易的双方很可能素昧平生,相隔千里。要使交易成功首先要能确认对方的身份,对商家要考虑客户端不能是骗子,而客户也会担心网上的商店不是一个玩弄欺诈的黑店。因此能方便而可靠地确认对方身份是交易的前提。对于为顾客或用户开展服务的银行、信用卡公司和销售商店,为了做到安全、保密、可靠地开展服务活动,都要进行身份认证的工作。对有关的销售商店来说,他们对顾客所用的信用卡的号码是不知道的,商店只能把信用卡的确认工作完全交给银行来完成。银行和信用卡公司可以采用各种保密与识别方法,确认顾客的身份是否合法,同时还要防止发生拒付款 问题以及确认订货和订货收据信息等。

3、不可否认性

由于商情的千变万化,交易一旦达成是不能被否认的。否则必然会损害一方的利益。例如订购黄金,订货时金价较低,但收到订单后,金价上涨了,如收单方能否认受到订单的实际时间,甚至否认收到订单的事实,则订货方就会蒙受损失。因此电子 交易通信过程的各个环节都必须是不可否认的。

4、不可修改性

交易的文件是不可被修改的,如上例所举的订购黄金。供货单位在收到订单后,发现金价大幅上涨了,如其能改动文件内容,将订购数1吨改为1克,则可大幅受益,那么订货单位可能就会因此而蒙受损失。因此电子交易文件也要能做到不可修改,以保障交易的严肃和公正。

4.数字证书原理

人们在感叹电子商务的巨大潜力的同时,不得不冷静地思考,在人与人互不见面的计算机互联网上进行交易和作业时,怎么才能保证交易的公正性和安全性,保证交易双方身份的真实性。国际上已经有比较成熟的安全解决方案,那就是建立安全证书体系结构。数字安全证书提供了一种在网上验证身份的方式。安全证书体制主要采用了公开密钥体制,其它还包括对称密钥加密、数字签名、数字信封等技术。

我们可以使用数字证书,通过运用对称和非对称密码体制等密码技术建立起一套严密的身份认证系统,从而保证:信息除发送方和接收方外不被其它人窃取;信息在传输过程中不被篡改;发送方能够通过数字证书来确认接收方的身份;发送方对于自己的信息不能抵赖。

数字证书采用公钥体制,即利用一对互相匹配的密钥进行加密、解密。每个用户自己设定一把特定的仅为本人所知的私有密钥(私钥),用它进行解密和签名;同时设定一把公共密钥(公钥)并由本人公开,为一组用户所共享,用于加密和验证签名。当发送一份保密文件时,发送方使用接收方的公钥对数据加密,而接收方则使用 自己的私钥解密,这样信息就可以安全无误地到达目的地了。通过数字的手段保证加密过程是一个不可逆过程,即只有用私有密钥才能解密。在公开密钥密码体制中,常用的一种是RSA体制。其数学原理是将一个大数分解成两个质数的乘积,加密和解密用的是两个不同的密钥。即使已知明文、密文和加密密钥(公开密钥),想要推导出解密密钥(私密密钥),在计算上是不可能的。按现在的计算机技术水平,要破解目前采用的1024位RSA密钥,需要上千年的计算时间。公开密钥技术解决了密钥发布的管理问题,商户可以公开其公开密钥,而保留其私有密钥。购物者可以用人人皆知的公开密钥对发送的信息进行加密,安全地传送给商户,然后由商户用自己的私有密钥进行解密。

用户也可以采用自己的私钥对信息加以处理,由于密钥仅为本人所有,这样就产生了别人无法生成的文件,也就形成了数字签名。采用数字签名,能够确认以下两点:

(1)保证信息是由签名者自己签名发送的,签名者不能否认或难以否认;

(2)保证信息自签发后到收到为止未曾作过任何修改,签发的文件是真实文件。
 

数字签名具体做法是:

(1)将报文按双方约定的HASH算法计算得到一个固定位数的报文摘要。在数学上保证:只要改动报文中任何一位,重新计算出的报文摘要值就会与原先的值不相符。这样就保证了报文的不可更改性。

(2)将该报文摘要值用发送者的私人密钥加密,然后连同原报文一起发送给接收者,而产生的报文即称数字签名。

(3)接收方收到数字签名后,用同样的HASH算法对报文计算摘要值,然后与用发送者的公开密钥进行解密解开的报文摘要值相比较。如相等则说明报文确实来自所称的发送者。

5.证书授权中心

CA机构,又称为证书授权(Certificate Authority)中心,作为电子商务交易中受信任的第三方,承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。CA中心为每个使用公开密钥的用户发放一个数字证书,数字证书的作用是证明证书中列出的用户合法拥有证书中列出的公开密钥。CA机构的数字签名使得攻击者不能伪造和篡改证书。它负责产生、分配并管理所有参与网上交易的个体所需的数字证书,因此是安全电子交易的核心环节。

由此可见,建设证书授权(CA)中心,是山西省开拓和规范电子商务市场必不可少的一步。为保证用户之间在网上传递信息的安全性、真实性、可靠性、完整性和不可抵赖性,不仅需要对用户的身份真实性进行验证,也需要有一个具有权威性、公正性、唯一性的机构,负责向电子商务的各个主体颁发并管理符合国内、国际安全电子 交易协议标准的电子商务安全证书。















本文转自samsunglinuxl51CTO博客,原文链接: http://blog.51cto.com/patterson/433765,如需转载请自行联系原作者



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