面试题：网络编程：HTTPS握手过程及安全隐患分析

Question

描述HTTPS完整的握手过程，包括客户端和服务器之间交互的各个步骤及传递的信息。同时，分析在这个过程中可能存在哪些安全隐患，以及如何防范。

Answer 1

HTTPS握手过程

1. 客户端发起请求：
   • 客户端向服务器发送一个ClientHello消息，其中包含以下信息：
     • 客户端支持的SSL/TLS协议版本，如TLS 1.2、TLS 1.3等。
     • 客户端支持的加密套件列表，例如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384等，这些套件定义了密钥交换算法、加密算法、消息认证码算法等。
     • 一个随机数ClientRandom，用于后续生成会话密钥。
2. 服务器响应：
   • 服务器收到ClientHello后，返回ServerHello消息，包含以下内容：
     • 服务器选择的SSL/TLS协议版本，一般会从客户端支持的版本中选择一个最高且服务器也支持的版本。
     • 服务器选择的加密套件，从客户端提供的列表中选取。
     • 一个随机数ServerRandom。
   • 接着服务器发送Certificate消息，包含服务器的数字证书，证书中包含服务器的公钥、证书颁发机构（CA）的签名等信息。
   • 若服务器需要客户端认证（可选），会发送CertificateRequest消息，要求客户端提供证书。
   • 最后发送ServerHelloDone消息，表明服务器的Hello阶段结束。
3. 客户端验证与密钥交换：
   • 客户端验证服务器证书的合法性，包括检查证书是否由受信任的CA颁发、证书是否过期、证书中的域名是否与请求的域名匹配等。
   • 若服务器要求客户端认证，客户端发送Certificate消息提供自己的证书（若有）。
   • 客户端生成一个预主密钥（Pre - Master Secret），使用服务器证书中的公钥加密后，通过ClientKeyExchange消息发送给服务器。
   • 客户端和服务器根据ClientRandom、ServerRandom和Pre - Master Secret，使用相同的密钥推导函数计算出会话密钥（如Master Secret，进而衍生出用于加密和解密的对称密钥）。
   • 客户端发送ChangeCipherSpec消息，通知服务器后续消息将使用协商好的加密套件和密钥进行加密。
   • 客户端发送Finished消息，该消息使用新的密钥和加密算法进行保护，内容是对之前握手消息的摘要，用于验证握手过程的完整性。
4. 服务器响应并完成握手：
   • 服务器收到ChangeCipherSpec后，切换到新的加密套件和密钥。
   • 服务器发送ChangeCipherSpec消息，通知客户端已切换加密状态。
   • 服务器发送Finished消息，同样使用新密钥加密，内容也是对之前握手消息的摘要，用于验证握手完整性。
   • 至此，握手完成，客户端和服务器可以使用协商好的密钥进行安全通信。

安全隐患及防范措施

1. 中间人攻击：
   • 隐患：攻击者拦截客户端与服务器之间的通信，冒充服务器向客户端发送伪造的证书，或者冒充客户端向服务器发送请求，从而窃取或篡改数据。
   • 防范：客户端严格验证服务器证书，只信任由受信任的CA颁发的证书。CA应采用严格的证书颁发流程，如对域名所有权等进行验证。使用证书钉扎（Certificate Pinning）技术，客户端预先保存服务器证书的指纹，每次连接时验证证书指纹是否匹配，防止中间人替换证书。
2. 弱加密套件：
   • 隐患：若使用的加密套件存在安全漏洞，如某些旧的加密算法易被破解，可能导致数据被解密或伪造。
   • 防范：服务器和客户端及时更新，禁用不安全或弱的加密套件，只使用经过安全评估的强加密套件。定期关注安全公告，及时了解加密套件的安全状况。
3. 证书过期或吊销：
   • 隐患：过期或吊销的证书意味着服务器的身份不再可靠，可能被冒用。
   • 防范：服务器及时更新证书，避免证书过期。客户端验证证书时，检查证书的有效期和吊销状态，可通过证书吊销列表（CRL）或在线证书状态协议（OCSP）进行验证。
4. 心跳漏洞（针对旧TLS版本）：
   • 隐患：如OpenSSL库中的Heartbleed漏洞，攻击者可通过精心构造的心跳请求，获取服务器内存中的敏感信息，如私钥等。
   • 防范：及时更新服务器的SSL/TLS相关库到最新版本，修复已知漏洞。定期进行安全扫描，检测服务器是否存在此类漏洞。