本週，CloudFlare宣佈，開始提供Keyless服務，即你把網站放到它們的CDN上，不用提供自己的私鑰，也能使用SSL加密連結。

我看了CloudFlare的說明（這裡和這裡），突然意識到這是絕好的例子，可以用來說明SSL/TLS協議的執行機制。它配有插圖，很容易看懂。

下面，我就用這些圖片作為例子，配合我半年前寫的《SSL/TLS協議執行機制的概述》，來解釋SSL協議。

一、SSL協議的握手過程

開始加密通訊之前，客戶端和伺服器首先必須建立連線和交換引數，這個過程叫做握手（handshake）。

假定客戶端叫做愛麗絲，伺服器叫做鮑勃，整個握手過程可以用下圖說明（點選看大圖）。

握手階段分成五步。

第一步，愛麗絲給出協議版本號、一個客戶端生成的隨機數（Client random），以及客戶端支援的加密方法。

第二步，鮑勃確認雙方使用的加密方法，並給出數字證書、以及一個伺服器生成的隨機數（Server random）。

第三步，愛麗絲確認數字證書有效，然後生成一個新的隨機數（Premaster secret），並使用數字證書中的公鑰，加密這個隨機數，發給鮑勃。

第四步，鮑勃使用自己的私鑰，獲取愛麗絲髮來的隨機數（即Premaster secret）。

第五步，愛麗絲和鮑勃根據約定的加密方法，使用前面的三個隨機數，生成"對話金鑰"（session key），用來加密接下來的整個對話過程。

上面的五步，畫成一張圖，就是下面這樣。

二、私鑰的作用

握手階段有三點需要注意。

（1）生成對話金鑰一共需要三個隨機數。

（2）握手之後的對話使用"對話金鑰"加密（對稱加密），伺服器的公鑰和私鑰只用於加密和解密"對話金鑰"（非對稱加密），無其他作用。

（3）伺服器公鑰放在伺服器的數字證書之中。

從上面第二點可知，整個對話過程中（握手階段和其後的對話），伺服器的公鑰和私鑰只需要用到一次。這就是CloudFlare能夠提供Keyless服務的根本原因。

某些客戶（比如銀行）想要使用外部CDN，加快自家網站的訪問速度，但是出於安全考慮，不能把私鑰交給CDN服務商。這時，完全可以把私鑰留在自家伺服器，只用來解密對話金鑰，其他步驟都讓CDN服務商去完成。

上圖中，銀行的伺服器只參與第四步，後面的對話都不再會用到私鑰了。

三、DH演算法的握手階段

整個握手階段都不加密（也沒法加密），都是明文的。因此，如果有人竊聽通訊，他可以知道雙方選擇的加密方法，以及三個隨機數中的兩個。整個通話的安全，只取決於第三個隨機數（Premaster secret）能不能被破解。

雖然理論上，只要伺服器的公鑰足夠長（比如2048位），那麼Premaster secret可以保證不被破解。但是為了足夠安全，我們可以考慮把握手階段的演算法從預設的RSA演算法，改為 Diffie-Hellman演算法（簡稱DH演算法）。

採用DH演算法後，Premaster secret不需要傳遞，雙方只要交換各自的引數，就可以算出這個隨機數。

上圖中，第三步和第四步由傳遞Premaster secret變成了傳遞DH演算法所需的引數，然後雙方各自算出Premaster secret。這樣就提高了安全性。

四、session的恢復

握手階段用來建立SSL連線。如果出於某種原因，對話中斷，就需要重新握手。

這時有兩種方法可以恢復原來的session：一種叫做session ID，另一種叫做session ticket。

session ID的思想很簡單，就是每一次對話都有一個編號（session ID）。如果對話中斷，下次重連的時候，只要客戶端給出這個編號，且伺服器有這個編號的記錄，雙方就可以重新使用已有的"對話金鑰"，而不必重新生成一把。

上圖中，客戶端給出session ID，伺服器確認該編號存在，雙方就不再進行握手階段剩餘的步驟，而直接用已有的對話金鑰進行加密通訊。

session ID是目前所有瀏覽器都支援的方法，但是它的缺點在於session ID往往只保留在一臺伺服器上。所以，如果客戶端的請求發到另一臺伺服器，就無法恢復對話。session ticket就是為了解決這個問題而誕生的，目前只有Firefox和Chrome瀏覽器支援。

上圖中，客戶端不再發送session ID，而是傳送一個伺服器在上一次對話中傳送過來的session ticket。這個session ticket是加密的，只有伺服器才能解密，其中包括本次對話的主要資訊，比如對話金鑰和加密方法。當伺服器收到session ticket以後，解密後就不必重新生成對話金鑰了。