使用SSL让OpenWebMail更加安全(上)

    使用具有SSL(安全套接字协议层)功能的Web服务器，可以提高访问网站的安全性能。SSL使用加密方法来保护Web服务器和浏览器之间的信息流。SSL不仅用于加密在互联网上传递的数据流，而且还提供双方身份验证。这样，您就可以安全地在线购物而不必担心别人窃取您信用卡的信息。这种特性使得SSL适用于那些交换重要信息的地方，像电子商务和基于Web的邮件。

     Netcraft报道，Apache已经超越微软成为开发者首选的SSL服务器，有44.0%的加密连接网站使用Apache作为服务器，43.8%使用微软产品。作为SSL协议的最初开发者，Netscape原本拥有最多的市场。但是Netscape的市场份额很快被微软借助IIS超越，IIS在几年内始终拥有40-50%的市场。Apache的第一版不支持SSL，因为美国对加密算法有出口限制，所以开源项目的加密部分必须放到美国境外进行开发，同时必须单独发布。因此许多独立的项目为Apache提供了SSL支持，包括Apache-SSL和mod_ssl。但是当时一些商业版本的SSL模块，比如c2net的Stronghold更为流行。到了Apache第二版，mod_ssl被作为默认模块包含进来，Apache开始成为一个流行的SSL服务器。Netcraft's SSL调查自从1996年开始跟踪互联网上不断增多的SSL Web服务器，所用的服务器软件，操作系统和验证算法。http://news.netcraft.com/archives/2006/04/26/
apache_now_the_leader_in_ssl_servers.html 
 

图1 使用SSL 的安全Web服务器市场份额

    E-soft也专门对安全的服务器(支持SSL/TLS的Web服务器，比如电子商务站点)进行了调查，即使是在这些领域，Apache的市场份额也有52.07%。而在同一领域中，IIS的份额是39.66%。因为Stronghold是将Apache重新打包以后发行的产品，所以Apache这个领域的实际市场份额应该更多。（链结：http://www.securityspace.com/s_survey/sdata/200606/index.html ）

    SSL(Secure Sockets Layer) 是一个能够确认网站身份、将所传送数据加密的安全性通讯珕定，以确保使用者与网站之间数据传送的安全性。

SSL 的功能：

    1. 验证身份 (authentication)
    2. 加密 (encryption)
    3. 数据完整性 (data integrity)

一、 X509协议简介

    SSL 采用的是 X.509协议，由上而下金字塔式的凭证制度(图2)。在 X.509 中，每一个合格的凭证上，都会有一个签名。最下层的凭证上，会有一个认证中心 (CA)的签名，表示这个认证中心 (CA) 检查过，确认所有者数据无误。中间的认证中心(CA) 上，也会有管辖它的最高层认证中心 (Root CA)的签名，表示最高层认证中心授权给它，可以签发别人的凭证。只有最高层认证中心上，因为它已经是最大，没有再上层可以给它签名了，所以只好自己签自己，凭证上的签名是自己签的。X.509标准用于在大型计算机网络提供目录服务，X.509提供了一种用于认证X.509服务的PKI结构，两者都属于ISO和ITU提出的X系列国际标准，目前，有许多公司发展了基于X.509的产品，例如Visa、MasterCard 、Netscape，而且基于该标准的Internet和Intranet产品越来越多。X.509是目前唯一的已经实施的PKI系统。X.509 V3是目前的最新版本，在原有版本的基础上扩充了许多功能，目前电子商务的安全电子交易（SET）协议也采用基于X.509 V3。

图2 基于X.509协议的认证结构图

相关名词解释：

• 什么是数字签名

    数字签名是用 Private Key针对某一段数据用 Digest Hash 算法（如 SHA1 ）做出来的一Digest 摘要码。只要原来的数据有所不同，演算出来的 Digest 摘要码就会跟着变动。日后收到这个 Public Key 的人，只要检查上面认证中心的签名，就可以工具这个代码和它上面所载的所有人数据相不相符。也就知道连接的服务器，是不是真正的Web服务器。

• private key（私钥）

    公钥算法中使用的加密密钥对的安全密钥部分。私钥通常用于解密对称会话密钥、对数据进行数字签名或解密已使用相应公钥加密的数据。

• public key（公钥）

    公钥算法中使用的加密密钥对的非安全部分。公钥通常用于加密会话密钥、验证数字签名或加密可使用相应私钥解密的数据。

• 什么是凭证？

    凭证的原文是 Certificate ，是附上所有人 (owner) 的数据（公司名称、服务器名称、个人真实姓名、电子邮件E-mail 、通讯地址等数据），后面加上数字签名的 Public Key 。凭证上会附有几个数字签名，代表这些签名的人，确认过这个 Public Key 的所有人，和凭证上所载的数据相符，没有假造。在 X.509 中，最下层每一个合格的凭证 (Certificate) 上，会有一个认证中心 (CA) 的签名，表示这个认证中心 (CA) 检查过，确认凭证上的所有者数据无误。当程序碰到没见过的凭证时，只要检查凭证上认证中心 (CA) 的签名无误，即代表这个认证中心 (CA) 查核过这个凭证 (Certificate) ，凭证上的资料无误。

• 什么是认证中心？

    认证中心的原文是 CA ，是 Certificate Authority 的缩写。认证中心是 X.509 的一环。认证中心也是一种凭证，上面附有认证中心本身的资料，但不是用来加解密，而是用来签发凭证，证明凭证所有人和凭证上所载的数据无误。每一个合格的认证中心 (CA)上，会有一个管辖它的最高层认证中心 (Root CA) 的签名，表示最高层认证中心授权给它，可以签发别人的凭证。当程序碰到没见过的凭证，凭证上签名的认证中心 (CA) 也没见过时，只要检查认证中心上附的最高层认证中心(Root CA) 的签名无误，即代表这个最高层认证中心 (Root CA) ，认为这个认证中心 (CA) 的凭证签发过程很仔细，检查数据很详实，所以授权给它，准许它可以签发凭证 (Certificate) 。所以这个认证中心 (CA) 签发的凭证 (Certificate) ，凭证上的资料也没有问题。

• 什么是最高层认证中心？

    最高层认证中心的原文是 Root CA ，也称为顶级CA。最高层认证中心是 X.509 的一环。最高层认证中心也是认证中心 (CA) ，和一般认证中心的差别在于，它不会直接用来签发凭证，而是授权给一些中间的认证中心，让这些中间的认证中心来签发凭证。最高层认证中心，因为已经拥有最高权限，没有再上层可以给它签名了，所以凭证上的是自己的签名，不是别人的签名。这样就产生一个问题：最高一级的证书机构没有授予者，那么谁为它的证书作担保呢？仅在这种情况下，此证书是"自签名的"，即证书的授予者和主题中的一样，所以，必须对自签名的证书备加注意。顶级机构广泛发布的公共密钥可以减小信任这个密钥所带来的风险--这显然比其他某个人发布密钥并宣称他是证书机构要安全一些。浏览器被默认地配置为信任著名的证书机构。

    许多公司是专业证书机构，如Thawte(http://www.thawte.com/ )和VeriSign(http://www.verisign.com/) 提供如下服务：

• 验证证书的申请 
• 处理证书的申请 
• 授予和管理证书

    自己建立一个证书机构也是可能的，虽然在Internet环境中有风险，但在验证个体或服务器较容易的Intranet环境中，会很有用。如果程序被加进一些不可靠的最高层认证中心，接下来碰到它签下来的凭证，都会有问题，整个程序的安全都会被破坏。所以在 X.509 下，SSL 程序一定要好好保护最高层认证中心，一定要再三确认，不可以随便让人手动加进最高层认证中心。

二、SSL协议简介

    SSL协议工作在Linux TCP/IP协议和HTTP协议之间，SSL是一个介于HTTP协议与TCP之间的一个可选层，其关系如图3所示。 

图3 SSL协议和Linux TCP/IP协议和其他协议之间关系

    SSL Handshake Protocol 中文名称：SSL握手协议，用来完成客户端和服务器之间对话的建立。 SSL握手协议是SSL协议中最复杂的协议。服务器和客户端使用这个协议相互鉴别对方的身份、协商加密算法和MAC算法以及在SSL记录协议中加密数据的加密密钥和初始向量。握手协议是建立SSL连接首先应该执行的协议，必须在传输任何数据之前完成。

    SSL Change Cipher Spec Protocol中文名称：SSL修改密文协议，以实际建立对话用密码组的约定。SSL Change Cipher Spec Protocol是一个最简单的SSL相关协议，它只有一个报文，报文由值为1的单个字节组成。这个协议的唯一作用就是将挂起状态被复制到当前状态，改变连接将要使用的密文族。

    SSL Alert Protocol中文名称：SSL告警协议，在客户端和服务器之间传输SSL出错消息。 SSL告警协议是将SSL有关的告警信息传送给通信的对方实体。SSL告警协议跟其它使用SSL的应用协议（如HTTP协议）一样，报文安装当前状态的被压缩和加密。

    SSL Record协议中文名称：SSL记录协议，为不同的高层协议提供安全服务，HTTP、FTP等高层应用协议都可以在SSL协议上运行。顾名思义，Record协议是在描述SSL信息交换的过程中的记录格式。SSL协议是介于应用层和网络层之间，因此它会接收来自应用层的信息，并加以包装后交由下一层（也就是网络层来传送）。

    SSL层: 借助下层协议的的信道安全的协商出一份加密密钥，并用此密钥来加密HTTP请求。TCP层：与web server的443端口建立连接，传递SSL处理后的数据。 接收端与此过程相反。 SSL在TCP之上建立了一个加密通道，通过这一层的数据经过了加密，因此达到保密的效果。

三、SSL工作流程图
 

图4 SSL工作详细流程图

    1. 用户使用浏览器，访问Web 服务器站点，发出SSL 握手信号；
    2. Web 服务器发出回应，并出示服务器证书（公钥），显示系统Web 服务器站点身
份；
    3. 浏览器验证服务器证书，并生成一个随机的会话密钥，密钥长度达到128 位；
    4. 浏览器用Web 服务器的公钥加密该会话密钥；
    5. 浏览器将会话密钥的加密结果发送Web 给服务器；
    6. Web 服务器用自己的私钥解密得出真正的会话密钥；
    7. 现在浏览器和Web 服务器都拥有同样的会话密钥，双方可以放心使用这个会话密钥来加密通讯内容。
    8. 安全通讯通道建立成功。

    SSL协议有多种版本。SSL3.0的一个优点是增加了对加载证书链的支持，以允许服务器在发给浏览器的授予者证书上附加一个服务器证书。链的加载也允许浏览器验证服务器证书，即使对此授予者的证书机构证书并没有安装，因为它已经包含在这个证书链中了。SSL3.0目前正由Internet Engineering Task Force(IETF)研发，是传输层安全[TLS]协议标准的基础。

    下篇文章介绍具体SSL技术应用实例，敬请关注。