# tls-learn

**Repository Path**: prefer2023/tls-learn

## Basic Information

- **Project Name**: tls-learn
- **Description**: 简单学习https加密通信
- **Primary Language**: JavaScript
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-04-04
- **Last Updated**: 2025-04-04

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# TLS 1.2 完整握手流程（基于 ECDHE 密钥交换）

## 1. 握手流程总览

以下是 TLS 1.2 使用 ​ECDHE​（Ephemeral Elliptic Curve Diffie-Hellman）密钥交换的完整握手流程，包含 ​前向安全性​（Forward Secrecy）支持：

```
客户端                                    服务端
 |                                          |
 | 1. Client Hello                          |
 |   - TLS 版本、加密套件列表、Client Random    |
 |----------------------------------------->|
 |                                          |
 | 2. Server Hello                          |
 |   - 选定 TLS 版本、加密套件、Server Random   |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 | 3. Certificate                           |
 |   - 服务端证书链（含 ECDSA/RSA 公钥）        |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 | 4. Server Key Exchange                   |
 |   - ECDHE 参数（椭圆曲线、临时公钥）          |
 |   - 用服务端私钥签名参数                     |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 | 5. Server Hello Done                     |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 | 6. Client Key Exchange                   |
 |   - 客户端临时 ECDH 公钥                   |
 |----------------------------------------->|
 |                                          |
 | 7. Change Cipher Spec                    |
 |   - 通知切换至加密通信                      |
 |----------------------------------------->|
 |                                          |
 | 8. Finished（Encrypted）                 |
 |   - 加密的握手消息哈希，验证密钥一致性         |
 |----------------------------------------->|
 |                                          |
 | 9. Change Cipher Spec                    |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 | 10. Finished（Encrypted）                |
 |<-----------------------------------------|
 |                                          |
 |===== 应用数据加密传输（如 HTTP） ===========>|
```

## 2. 详细步骤解析

### ​2.1 Client Hello

客户端发起握手，发送以下信息：

​TLS 版本：支持的最高版本（如 TLS 1.2）。
​随机数（Client Random）​：32 字节随机值，后续用于密钥生成。
​加密套件列表：如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。
​扩展字段：
​SNI（Server Name Indication）​：指明访问的域名。
​支持的椭圆曲线：如 secp256r1、x25519。
​签名算法：如 ecdsa_secp256r1_sha256。

### ​2.2 Server Hello

服务端响应，确认协商参数：

​TLS 版本：双方支持的最高版本。
​随机数（Server Random）​：32 字节随机值。
​选定的加密套件：如 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。
​扩展字段：确认椭圆曲线类型（如 secp256r1）。

### ​2.3 Certificate

服务端发送证书链：

​证书链：包含服务端证书及中间 CA 证书。
​公钥用途：验证服务端身份（证书中的公钥用于签名验证）。

### ​2.4 Server Key Exchange

服务端生成临时 ECDH 密钥对，并发送：

​椭圆曲线参数：
曲线名称（如 prime256v1）。
基点（Generator）的坐标（可选，若未预定义）。
​服务端临时 ECDH 公钥：server_ephemeral_public_key。
​签名：用服务端私钥对参数签名（防止中间人篡改）。


### ​2.5 Server Hello Done

服务端标记握手参数发送完成。

### ​2.6 Client Key Exchange

客户端生成临时 ECDH 密钥对，发送：

​客户端临时 ECDH 公钥：client_ephemeral_public_key。

### ​2.7 预主密钥（Pre-Master Secret）计算

双方通过 ECDH 算法生成共享密钥：

​客户端计算：
pre_master_secret = client_ephemeral_private_key * server_ephemeral_public_key。
​服务端计算：
pre_master_secret = server_ephemeral_private_key * client_ephemeral_public_key。

### ​2.8 主密钥（Master Secret）生成

使用 PRF（Pseudo-Random Function）生成主密钥：
master_secret = PRF(
  pre_master_secret, 
  "master secret", 
  ClientRandom + ServerRandom
)

​PRF 实现：TLS 1.2 使用 HMAC-SHA256 分阶段扩展。

### ​2.9 会话密钥（Key Block）派生

从主密钥派生出对称加密密钥：
key_block = PRF(
  master_secret, 
  "key expansion", 
  ServerRandom + ClientRandom
)

按加密套件需求分割为：

​客户端写密钥（Client Write Key）​：AES-128 密钥（16 字节）。
​服务端写密钥（Server Write Key）​：AES-128 密钥（16 字节）。
​客户端 HMAC 密钥（Client HMAC Key）​：SHA-256 密钥（32 字节）。
​服务端 HMAC 密钥（Server HMAC Key）​：SHA-256 密钥（32 字节）。
​初始化向量（IV）​​（如使用 CBC 模式）。

### ​2.10 Change Cipher Spec

双方通知对方切换至加密通信模式。

### ​2.11 Finished 消息验证

​客户端发送 Finished：
用 Client Write Key 加密握手消息哈希，验证密钥一致性。
​服务端发送 Finished：
用 Server Write Key 加密握手消息哈希，验证密钥一致性。

## ​3. 加密通信

握手完成后，应用数据（如 HTTP 请求）通过以下方式加密传输：

​分块加密：
使用 AES-128-CBC 或 AES-GCM 加密数据块。
​完整性校验：
HMAC-SHA256 生成校验码（CBC 模式）或 GCM 集成校验。
​数据封装：
每个 TLS 记录包含加密后的数据、HMAC 校验码和序列号。

## ​4. 安全性关键点

​前向安全性：
临时 ECDH 密钥对仅在单次会话中使用，即使长期私钥泄露，历史会话仍安全。
​身份验证：
服务端证书验证确保通信方身份合法。
​防篡改：
Finished 消息验证确保握手过程未被中间人篡改。

## 5. 流程图

```
+-----------+                               +-----------+
|  Client   |                               |  Server   |
+-----------+                               +-----------+
     |                                            |
     | 1. Client Hello                          |
     |----------------------------------------->|
     | 2. Server Hello, Certificate,            |
     |    Server Key Exchange, Server Hello Done|
     |<-----------------------------------------|
     | 3. Client Key Exchange                  |
     |----------------------------------------->|
     | 4. Change Cipher Spec, Finished          |
     |----------------------------------------->|
     | 5. Change Cipher Spec, Finished          |
     |<-----------------------------------------|
     |=== 加密应用数据传输 =========================>|
```

## 6. 相关加密套件示例

TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256
密钥交换：ECDHE-RSA
认证：RSA
加密：AES-128-GCM
哈希：SHA256

## ​7. 注意事项

​证书验证：客户端需验证服务端证书链的有效性（CA 签名、有效期、吊销状态）。
​临时密钥：服务端必须生成临时 ECDH 密钥对，否则无法实现前向安全。
​算法弃用：避免使用不安全的椭圆曲线（如 secp192r1）和哈希算法（如 SHA-1）。
通过此流程，TLS 1.2 使用 ECDHE 实现了高效且安全的通信，适用于现代 Web 服务和企业级加密需求。

## 项目介绍

本项目模拟了HTTPS握手的全过程，包括客户端和服务端的随机数交换、ECDH密钥交换、证书验证、预主密和主密的生成、会话密钥的生成等步骤。通过本项目，可以深入了解HTTPS握手的内部机制和加密通信的原理。

### 使用方法

    npm install
    node server.js
    node client.js