TLS（SSL）握手的全过程

我们来完整演示一次 TLS（SSL）握手的全过程，以 TLS 1.2/1.3 常见流程为核心，分阶段说明每一步发生了什么，涉及了哪些技术原理和数据交换。

---

🧩 场景设定

你在浏览器访问：https://example.com
客户端：浏览器
服务端：部署了 TLS 证书的 Web 服务器（如 Nginx）

我们以 TLS 1.2 为主讲解，因为其握手更复杂、可理解性强，后面再补充 TLS 1.3 的优化。

---

🔐 TLS 1.2 握手过程详解（客户端和服务端）

客户端                          服务端
  |   ---- ClientHello -------->   |
  |                                |
  |   <---- ServerHello --------   |
  |   <---- Certificate --------   |
  |   <---- ServerHelloDone ----  |
  |                                |
  | -- PreMasterSecret加密发送 --> |
  |                                |
  | <-- 服务器计算共享密钥 ------- |
  | -- ChangeCipherSpec ---------> |
  | -- Finished -----------------> |
  |   <---- ChangeCipherSpec ---- |
  |   <---- Finished ------------ |

---

🔸 第一步：ClientHello

浏览器发出 ClientHello 请求，内容包括：

• 支持的 TLS 版本（如 TLS 1.2）
• 支持的加密算法（Cipher Suites）
• 客户端生成的随机数 client_random
• 支持的压缩算法
• 可选：支持的扩展（如 SNI、ALPN）

---

🔸 第二步：ServerHello + Certificate

服务器响应：

• 选定 TLS 协议版本和加密算法
• 服务器生成的随机数 server_random
• 服务器的 数字证书（包含域名、公钥、签名等）
• ServerHelloDone 表示“我说完了”

此时客户端已经获取到服务端的公钥。

---

🔸 第三步：密钥协商（PreMaster Secret）

客户端：

• 生成一个随机的 PreMasterSecret
• 使用服务器的 公钥加密 PreMasterSecret
• 把密文发送给服务器（只有服务器才能解密）

服务器：

• 用自己的私钥解密得到 PreMasterSecret

双方：

• 利用：

  master_secret = PRF(pre_master_secret, client_random + server_random)

  生成对称密钥，之后通信使用对称加密（如 AES）

---

🔸 第四步：完成握手

1. 客户端发送：

   • ChangeCipherSpec：我之后使用加密通信了
   • Finished：我计算的握手摘要（用对称加密加密）

2. 服务器也发送：

   • ChangeCipherSpec
   • Finished

💡 若双方“Finished”校验一致，说明握手成功，接下来就是加密数据通信。

---

📦 握手完成后，数据通信开始

之后的数据都使用 对称加密算法（AES、ChaCha20），用协商出的密钥加密，并加上 HMAC 校验防篡改。

---

⚡️ TLS 1.3 的变化（对比优化）

TLS 1.3 取消了很多冗余流程，握手更快、更安全：

项目	TLS 1.2	TLS 1.3
握手轮次	多轮	最多 1 RTT（0-RTT 支持）
加密算法	可选 RSA/DH	只支持前向安全（ECDHE）
加密开始时间	握手后	ServerHello 之后就加密
证书传输	明文	加密

---

🧪 补充：如何抓包观察 TLS 握手？

用 Wireshark：

1. 打开浏览器访问 https 网站
2. 抓取 TCP 443 端口的数据包
3. 搜索关键词：ClientHello、ServerHello、Certificate、Finished

你可以清楚看到整个握手过程和交换的随机数、证书链等。

---

🧠 总结

TLS 握手的核心是：

1. 建立身份认证（服务器证书）
2. 协商出对称加密的密钥（通过非对称）
3. 后续通信都加密，并验证完整性

---