基于TLS协议的安全分析

1，基于TLS的Socket通信实现

1．1安装openssl
1.1.1下载地址：
http://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html。
1.1.2配置环境
控制面板->系统和安全->系统->高级系统设置->环境变量

1.1.3使用计算机终端切换保存路径

1．2生成CA证书
1.2.1创建CA私钥：genrsa -out ca-key.pem 2048
该命令含义如下：
genrsa——使用RSA算法产生私钥
-out——输出文件的路径
2048——指定私钥长度

1.2.2创建CA证书请求：req -new -out ca-req.csr -key ca-key.pem

该命令含义如下：
req——执行证书签发命令
-new——新证书签发请求
-out——输出的csr文件的路径
-key——指定私钥路径

1.2.3创建CA自签证书：x509 -req -in ca-req.csr -out ca-cert.pem -signkey ca-key.pem -days 365

该命令的含义如下：
x509——生成x509格式证书
-req——输入csr文件
-in——输入的csr文件的路径
-out——输出的cer证书文件的路径
-signkey——签发证书的私钥

1.2.4生成结果目录如下：

1．3生成Server证书
1.3.1创建Server私钥：genrsa -out server-key.pem 2048

1.3.2创建Server证书请求：req -new -out server-req.csr -key server-key.pem

1.3.3创建自签Server证书：x509 -req -in server-req.csr -out server-cert.pem -signkey server-key.pem -CA ca-cert.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -days 365

该命令含义如下：
-CA——指定CA证书的路径
-CAkey——指定CA证书的私钥路径
-CAserial——指定证书序列号文件的路径
-CAcreateserial——表示创建证书序列号文件(即上方提到的serial文件)，创建的序列号文件默认名称为-CA，指定的证书名称后加上.srl后缀

1.3.4生成结果目录如下：

1．4python中安装openssl库
安装语句：pip install pyopenssl，import ssl无报错即安装成功。

2，实现代码

2.1服务器端实现代码

import socket
import sslclass server_ssl:def build_listen(self):# 生成SSL上下文context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS_SERVER)# 加载服务器所用证书和私钥context.load_cert_chain('E:\\pycharm\\ssl\\FILE\\server-cert.pem', 'E:\\pycharm\\ssl\\FILE\\server-key.pem')# 监听端口with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, 0) as sock:sock.bind(('127.0.0.1', 7777))sock.listen(5)# 将socket打包成SSL socketwith context.wrap_socket(sock, server_side=True) as ssock:while True:# 接收客户端连接client_socket, addr = ssock.accept()msg = client_socket.recv(1024).decode("utf-8")print(f"receive msg from client {addr}：{msg}")# 向客户端发送信息msg = f"yes , you have client_socketect with server.\r\n".encode("utf-8")client_socket.send(msg)client_socket.close()
if __name__ == "__main__":server = server_ssl()server.build_listen()在这里插入代码片

2.2客户端实现代码

import socket
import sslclass client_ssl:def send_hello(self,):# 生成SSL上下文context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS_CLIENT)# 加载信任根证书context.load_verify_locations('E:\\pycharm\\ssl\\FILE\\ca-cert.pem')#与服务端建立socket连接with socket.create_connection(('127.0.0.1',7777)) as sock:# 将socket打包成SSL socket# 注意的是这里的server_hostname不是指服务端IP，而是指服务端证书中设置的CNwith context.wrap_socket(sock, server_hostname='test') as ssock:msg = "do i connect with server ?".encode("utf-8")ssock.send(msg)# 接收服务端返回的信息msg = ssock.recv(1024).decode("utf-8")print(f"receive msg from server : {msg}")ssock.close()if __name__ == "__main__":client = client_ssl()client.send_hello()

2.3运行结果

3，抓包分析

3.1Client Hello：
TLS记录协议首部：

内容类型（Content Type:Handshake）:TLS握手协议，占一字节，0x16

TLS版本（Version）：TLS1.0，占两字节，0x0301

数据长度（Length）:512字节，占两字节，0x0200

TLS握手内容：

握手类型（Handshake Type）:客户Hello，占一字节，0x01；
握手消息长度（Length）:508字节，占三字节，0x0001fc；
TLS协议版本（Version）：TLS1.2，占两字节，0x0303；
客户生成的随机数(Random)：占32字节，0x9bd8d15c9094b4823d8ef1f7347f7414281b9e8c9be796293fcb9e14a62223,其中前四字节是中国标准时间，0x9bd8d15c；
会话id长度（Session ID Length）：0，占一字节，0x00；
密码套件长度（Cipher suites length）：130字节，占两字节，0x0082；
密码套件（65种套件）（Cipher Suites（65 suites））：占130字节，其中每一种套件占两字节，密码套件由四部分组成（基于的协议-密钥协商交换算法-加密算法和加密模式-MAC算法）；
压缩算法长度(Compression Methods Length)：1字节，占一字节，0x01；
压缩算法(Compression Method)：无，占一字节，0x00；
扩展长度（Extensions Length）：337字节，占两字节，0x0151；
扩展：服务器名称
类型：服务器名称，占两字节，0x0000；
扩展长度：9字节，占两字节，0x0009；
服务器名称指示扩展：
服务器名称列表长度（Server Name list length）：7字节，占两字节，0x0007；
服务器名称类型（Server Name Type）：主机名，占1字节，0x00；
服务器名称长度（Server Name length）：4字节，占2字节，0x0004
服务器名称（Server Name）：test，占4字节，0x74657374
扩展：椭圆曲线点格式
类型（Type）：椭圆曲线点格式，占2字节，0x000b；
扩展长度：4字节，占2字节，0x0004；
椭圆曲线点格式长度：3字节，占1字节，0x03；
椭圆曲线点格式：每个占1字节；

支持的椭圆曲线类型：有13种类型，每种类型占两个字节；

支持的签名算法：有15种类型，每种算法占两个字节；

3.2服务器Hello
TLS记录协议首部

内容类型（Content Type:Handshake）:TLS握手协议，占一字节，0x16
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TLS版本（Version）：TLS1.2，占两字节，0x0303

数据长度（Length）:66字节，占两字节，0x0042

TLS握手内容：

握手类型（Handshake Type）:服务器 Hello，占一字节，0x02；
握手消息长度（Length）：62字节，占三字节，0x00003e；
TLS协议版本（Version）：TLS1.2，占两字节，0x0303；
客户生成的随机数(Random)：占32字节，0x6405d04ce1b2de387353475a46cfbd5a6d901d4efc262690ba663afed8c70b86,其中前四字节是中国标准时间，0x6405d04c；
会话id长度（Session ID Length）：0，占一字节，0x00；
选择的加密套件（Cipher Suite）：TLS_ECDHE_RSA_AES_256_GCM_SHA384，占两字节，0xc030

3.3服务器发送自己的证书

握手类型：证书，占两字节，0x0b;
握手消息长度：854字节，占三字节，0x000356；
证书长度：851字节，占三字节，0x000353；
证书的内容如下:
证书内容的长度：848字节，占三字节，0x000350；
序列号：15977231136593676939，占9字节，0x00ddba871156fa0a8b;
使用的签名算法：sha256withRSAEncryption;
算法标识：1.2.840.113549.1.1.11，占9字节，0x2a864886f70d01010b;
国家名称：CN，占2字节，0x4341；
州或省名称：SC，占2字节，0x5343；
地区名称：CD，占2字节，0x4344；
组织名称：no，占2字节，0x6e6f；
组织单位名称：test，占4字节，0x74657374；
邮箱地址：test，占4字节，0x74657374；
填充长度：0字节，占1字节，0x00；
有效起始时间：2019/12/19 10;58:29，占13字节，0x3139313231393130353832395a；
有效截至时间：2020/12/18 10:58:29，占13字节，0x3230313231383130353832395a；
模数（n）:

公开指数(e)：65537,占两字节，0x010001；
加密后的数据：占256字节；

3.4服务器发送密钥交换

服务器选择的椭圆曲线类型：secp256r1，占两字节，0x0017；
公钥长度：65字节，占一字节，0x65；
哈希算法：SHA512,占1字节，0x06；
签名算法：RSA，占1字节，0x01；
签名长度：256字节，占1字节，0x0100；
签名内容：

3.5服务器hello完毕

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握手类型：服务器hello完毕，占一字节，0x0e；

3.6用户密钥交换

握手类型：用户密钥交换，占1字节，0x10；
握手内容长度：66字节，占3字节，0x000042；
客户公钥长度：65字节，占1字节，0x41；
客户公钥长度：

3.7客户端发送更改密码规范

内容类型（Content Type:Handshake）:改变密码规范协议，占1字节，0x14；
数据长度（Length）:1字节，占两字节，0x0101；
数据内容：0x01；

3.8客户端发送加密的握手消息

消息长度：40字节，占两字节，0x0028；

3.9服务器发送新的会话票据

握手类型：新的会话票据，占1字节，0x04；
握手数据长度：186字节，占3字节，0x0000b6；
会话票据的生存时间：300秒，占4字节，0x0000012c；
会话票据长度：176字节，占2字节，0x00b0；
会话票据内容：

3.10服务器发改变密码规则

（跟客户发送的一样这里不再作出解释）

3.11服务器发送加密的握手消息

消息长度：40字节，占两字节，0x0028；

4．参考文献

1，https://blog.csdn.net/g1531997389/article/details/80048313；
2，https://blog.csdn.net/s030602122/article/details/53538383；
3，https://blog.csdn.net/ld11690/article/details/79205566；
4，https://baike.baidu.com/item/TLS/2979545?fr=aladdin；
5，<<网络安全>>沈鑫剡等编著，清华大学出版社