Note về SSL và Handshake trong SSL.

Trước khi đi chi tiết vào quá trình “Handshake” thì như các bạn đã biết HTTPS là một giao thức rất phổ biến hiện nay. Vậy HTTPS là gì?

HTTPS = HTTP + SSL

Khi bạn open browser và gõ một url ví dụ “https://abc.xyz” thì sau đó browser và webserver tạo một kết nối https sử dụng one-way SSL Handshake. Mục đích của quá trình “Handshake” này là cung cấp quyền riêng (privacy) tư và tính toàn vẹn của dữ liệu (data integrity) để giao tiếp giữa server và client. Trong quá trình “Handshake”, server và client sẽ trao đổi thông tin quan trọng cần thiết để thiết lập kết nối an toàn.

Có 2 kiểu trong quá trình bắt tay (SSL handshakes) đó là:

One-way SSL –> Trong quá trình one-way thì client sẽ validate tính xác thực của server.
Two-way SSL (Mutual SSL) –> Quá trình này thì server và client sẽ xác thực danh tính lẫn nhau.

Với https, thì one-way SSL được sử dụng, lúc này client sẽ validate danh tính (identity) của server. Two-way SSL được sử dụng trong quá trình giao tiếp server -> server khi cả 2 cần xác thực lẫn nhau. Quá trình bắt tay gồm các steps như sau:

handshake-process

1. Client Hello

Client send thông tin được yêu cầu bởi server để thiết lập HTTPS connection.

*** ClientHello, TLSv1.2
RandomCookie: *** ClientHello, TLSv1.2
RandomCookie: GMT: -1892413556 bytes = { GMT: -351008774 bytes = { 169, 131, 204, 213, 154, 96, 7, 136, 43, 142, 232, 138, 148, 171, 52, 226, 155, 202, 145, 57, 210, 132, 227, 182, 67, 222, 161, 28, 20 }
Session ID: 239, 10, 92, 143, 185, {}
93, Cipher Suites: [Unknown 0x8a:0x8a, TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256, TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256, TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384, TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384, Unknown 0xcc:0xa9, Unknown 0xcc:0xa8, TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA, TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA, TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256, TLS_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384, TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA, TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA, SSL_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA]
………………………………………………

Chúng ta có thể thấy client hello với TLS v1.2. Danh sách “Cipher” được support bởi client cũng được gửi kèm. Nếu như server không hỗ trợ những “Cipher” này thì server sẽ ignore. Trong trường hợp này server gửi failuer alert và đóng kết nối (close connection). Ở đây chúng ta gặp một thuật ngữ đó là “Cipher suites”

Cipher là thuật toán, cụ thể hơn đó là các bước để thực hiện mã hóa, giải mã, hash hoặc ký.

2. Server Hello

Server sẽ response client với configuration được select từ “Client hello” để thực hiện quá trình bắt tay

*** ServerHello, TLSv1.2
RandomCookie: GMT: 1518335451 bytes = { 19, 150, 56, 42, 168, 202, 151, 43, 174, 226, 187, 53, 135, 67, 244, 170, 59, 176, 105, 150, 50, 112, 167, 83, 192, 48, 171, 64 }
Session ID: {91, 128, 246, 219, 26, 93, 46, 172, 85, 212, 221, 79, 20, 186, 108, 134, 200, 239, 150, 102, 172, 24, 125, 171, 137, 53, 5, 130, 53, 228, 2, 195}
Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA
Compression Method: 0
Extension renegotiation_info, renegotiated_connection: <empty>
***

Server sẽ lựa chọn TLS version lower mà được suggest bởi client trong “Client Hello”. Server cũng gửi lại thông tin “Cipher” được selecte từ danh sách “Cipher” mà client gửi lên.

Trong quá trình “Server Hello”, server cũng gửi certificate của server cùng với “certificate chain”. “Certificate chain” sẽ được validate trong client trust store.

Để dễ hiểu ta có thể hình dung browser sẽ validate được “certificate chain” này.

** Certificate chain
chain [0] = [
[
 Version: V3
 Subject: CN=server, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB
 Signature Algorithm: SHA256withRSA, OID = 1.2.840.113549.1.1.11

Key: Sun RSA public key, 2048 bits
 modulus: 17397562757879783124811507432494159361243533796048391161052829821122241422546147907779583980536886743765496985274573369668302996974964349098220930856827026983442125212118340479175872257401994146576001849503528844021528618702289642320157895787705650513758990004411195572445830613057931701313142946380207623174021376881040589912594451781207558263630010509870784494298596448861811827669869221033031956053367890915692918086795954628465637743034777850129818069833958463245749899713073673871721233098662285260745282530972322499603703844901496085490388703767606182211892402117158287170480970610942364235511256363933850852797
 public exponent: 65537
 Validity: [From: Sat Jul 28 09:08:48 IST 2018,
 To: Sun Jul 28 09:08:48 IST 2019]
 Issuer: CN=server, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB
 SerialNumber: [ 7d834874]
Certificate Extensions: 1
[1]: ObjectId: 2.5.29.14 Criticality=false
SubjectKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000: C7 24 EA C3 1E 3E 58 8E BD E3 AE A9 17 01 00 51 .$…>X……..Q
0010: B0 83 D4 68 …h
]
]
]
 Algorithm: [SHA256withRSA]
 Signature:
0000: 4B FA 93 D8 56 78 05 D8 89 BC 2A 3A B6 C3 7F A5 K…Vx….*:….
0010: 03 D8 56 3B E6 9F 0B 17 B5 A2 61 AE 43 46 A4 85 ..V;……a.CF..
0020: 3F 60 2E 04 41 0D C2 7A 35 0D 56 F5 FE 9D 05 51 ?`..A..z5.V….Q
0030: 4A 0B BB 5B 30 ED 85 AF 1C 95 13 15 7D A0 2C DE J..[0………,.
0040: B4 A1 7A D0 5D E4 C0 91 37 C2 ED 37 39 65 7D 02 ..z.]…7..79e..
0050: B5 A4 72 FF EB 6C D5 F4 FD BC 32 FD 9F C8 3A 49 ..r..l….2…:I
0060: 53 64 F8 C6 A0 D6 DB 89 2C 36 60 97 8B 33 8F 95 Sd……,6`..3..
0070: 18 9C 1A F2 F8 F1 66 5E F3 0B 76 54 08 AB A9 88 ……f^..vT….
0080: 5D E9 2D 6B AE 6D 98 09 57 A0 2A 9E C6 6B 89 53 ].-k.m..W.*..k.S
0090: 8E B3 58 C3 8D 73 C5 D3 58 2F 68 F0 4E 0A EF 29 ..X..s..X/h.N..)
00A0: 54 95 00 34 6A C4 D2 56 22 64 05 F9 9F A4 81 44 T..4j..V"d…..D
00B0: 44 77 95 A7 86 5A D3 EE EA 8E 06 19 ED 94 F1 83 Dw…Z……….
00C0: F4 A1 F4 A0 76 94 02 40 30 C0 95 6A F2 4F 32 BB ….v..@0..j.O2.
00D0: 79 A2 1B 40 F5 EB 37 5B B7 0C FA 18 DE 04 18 7D y..@..7[……..
00E0: 5A 1A 95 D7 E7 00 4C 7F 3C 71 CE 8E 03 07 BD 50 Z…..L.<q…..P
00F0: 6D 49 52 75 66 D2 CA 45 AB B8 EE B1 C2 C9 72 8A mIRuf..E……r.
]
***

3. Sever Key Exchange Message

Message này được server gửi tới client. Server sẽ gửi thông tin cần thiết để client có thể tạo ra “pre-master” screst. Thông báo này sẽ không được gửi nếu thuật toán trao đổi khóa RSA hoặc bất kỳ thuật toán trao đổi khóa nào khác được sử dụng mà không yêu cầu thông tin từ máy chủ để tạo ra “pre-master” scerest.

Ví dụ với “Elliptic Curve Diffie Hellman(ECDH)[5] key exchange”, thông tin detail trên server được gửi tới client như sau:

*** ECDH ServerKeyExchange
Signature Algorithm SHA256withRSA
Server key: Sun EC public key, 256 bits
  public x coord: 49880139518100326927648337356136531406906846853753693344570844017045565963249
  public y coord: 95714017526253024568876509155195989984116809887282783483716821451591048546410
  parameters: secp256r1 [NIST P-256, X9.62 prime256v1] (1.2.840.10045.3.1.7)

4. Certificate Request

Với one-way SSL thì việc xác thực client được bỏ qua. Trong bước này server yêu cầu certificate từ client, thuật toán mã hóa chữ ký và thông tin tổ chức phát hành chứng chỉ (certificate signature algorithms and certificate authorities [6] supported by the server.) được máy chủ hỗ trợ. Có thể có những trường hợp mà danh sách tổ chức phát hành chứng chỉ có thể trống. Trong các tình huống như vậy, client có thể chọn gửi hoặc tránh gửi chứng chỉ client (tùy thuộc vào việc triển khai máy khách)

** CertificateRequest
Cert Types: RSA, DSS, ECDSA
Supported Signature Algorithms: SHA512withECDSA, SHA512withRSA, SHA384withECDSA, SHA384withRSA, SHA256withECDSA, SHA256withRSA, SHA256withDSA, SHA224withECDSA, SHA224withRSA, SHA224withDSA, SHA1withECDSA, SHA1withRSA, SHA1withDSA
Cert Authorities:
<CN=server, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB>
<CN=client, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB>
*** ServerHelloDone

Sau đó server gửi “Server Hello Done message” để thông báo kết thúc “Server Hello”. Sau khi gửi message này, server đợi client response.

5. Client certificate

Client gửi thông tin certificate chain tới server. Certificate cần phải phù hợp với thuật toán trao đổi (cipher suite key exchange)

*** Certificate chain
chain [0] = [
[
 Version: V3
 Subject: CN=client, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB
 Signature Algorithm: SHA256withRSA, OID = 1.2.840.113549.1.1.11
Key: Sun RSA public key, 2048 bits
 modulus: 18119263742031194496605769187455443270597945138184373600190568567529223307881832206636149174898170318962976721473838161099154403131753987226572202408028529227618229923799372008493985299840890900724464000772003100272063510307951510774059438949182596756535864573609939013131649003265478713069926095732605709196278782011601814469262789931086208205589428797070602798907978049568830083601427658925256219608088802036407715832882313969434745397608912908804797572648755351812363722460094682723499117056761800745131355458387860695343833158680929499842492998494287303389968052301777591093565784473811706286599357517891252515661
 public exponent: 65537
 Validity: [From: Sat Jul 28 08:15:17 IST 2018,
 To: Sun Jul 28 08:15:17 IST 2019]
 Issuer: CN=client, OU=ID, O=IBM, L=Hursley, ST=Hants, C=GB
 SerialNumber: [ 7ef725fc]
Certificate Extensions: 1
[1]: ObjectId: 2.5.29.14 Criticality=false
SubjectKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000: 97 E7 01 68 93 84 EE 2D 7D 90 5E 67 F7 55 44 86 …h…-..^g.UD.
0010: 1D 7C 1B F6 ….
]
]
]
 Algorithm: [SHA256withRSA]
 Signature:
0000: 24 7C 86 49 7A 51 4C 30 98 A7 A4 C4 98 7D D3 3C $..IzQL0…….<
0010: 73 6D CC D8 4B 54 BA 7F F2 CE B4 C2 B5 56 CF 7C sm..KT…….V..
0020: A8 8A 7E DD C4 F1 BE 95 A3 87 A3 2C A8 14 43 C5 ………..,..C.
0030: A3 85 64 FE D2 42 BA 3D 67 18 3B FB 09 9A 14 69 ..d..B.=g.;….i
0040: D6 ED 96 74 8F 45 89 8A 86 A8 41 39 BF 54 70 E4 …t.E….A9.Tp.
0050: D2 AA 9F E7 86 25 09 1A B3 62 2A 91 49 FF 9D 53 …..%…b*.I..S
0060: 2B C2 DA 07 92 21 BB 41 7C 7C E8 A3 31 4B BE 5F +….!.A….1K._
0070: 1B 6A 6E 05 F1 90 B8 26 5D F1 16 1C AA 2F 58 45 .jn….&]…./XE
0080: AD 31 0E 21 29 C3 C9 C6 05 49 55 16 70 73 3A B2 .1.!)….IU.ps:.
0090: B6 4F 5F 88 77 E2 10 03 DF 89 B8 FE D5 6D E8 98 .O_.w……..m..
00A0: C9 26 7D 1F 28 1C 15 04 B5 84 2F 47 97 C5 B7 3C .&..(…../G…<
00B0: B8 04 55 1B C9 54 64 55 B6 77 FC A7 E1 3B AC 7B ..U..TdU.w…;..
00C0: 92 D4 C1 AE 80 34 2B 54 FB B2 B3 78 33 86 FD 10 …..4+T…x3…
00D0: 06 BC E8 60 EE 8F 24 74 26 8C 43 E4 49 43 55 35 …`..$t&.C.ICU5
00E0: 16 F0 F8 C5 7D 79 25 FE 67 7E FF 27 06 22 01 BA …..y%.g..'."..
00F0: F7 DE F2 0C CF 71 A8 7B 49 20 26 C9 B4 20 3E F7 …..q..I &.. >.
]

6. Client Key Exchange Message

Message này được gửi bởi client trong Client Certificate message. Trong trường hợp one-way thì client key exchange được gửi sau khi client nhận bản tin “ServerHelloDone”

Trong quá trình bản tin được mã hóa, bản được được mã hóa sử dụng “symmetric encryption”. Có 2 loại “Client Exchange Key” được mô tả trong TLS v1.2 (RSA và Diffie-Hellman)

Nếu RSA được sử dụng thì client sẽ generate 48 byte pre-master secret. Client mã hóa pre-master key bằng cách public key và gửi lên server. Và chỉ có server mới có khả năng giải mã và lấy được thông tin “pre-master”

Trường hợp sử dụng Diffie-Hellman, thông tin về Diffie-Hellman parameters sẽ được sử dụng để tạo ra symmetric key.

7. Finished

Sau khi quá trình authenticate và tạo ra pre-master secrest/ master secrest một thông báo thông số kỹ thuật mật mã thay đổi sẽ được gửi bởi cả máy khách và máy chủ cho biết rằng phần còn lại của thông tin liên lạc sẽ được mã hóa.

Link tham khảo:

https://ssl.vn/tim-hieu-ve-cac-thuat-toan-trong-ma-hoa-ssltls.html
https://medium.com/@kasunpdh/ssl-handshake-explained-4dabb87cdce