OpenJDK8源码分析SSL握手流程

本文主要是介绍OpenJDK8源码分析SSL握手流程，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

准备

说明

示例项目地址：https://github.com/shenjy24/jackal-ssl
JDK版本：OpenJDK8。
系统：MAC
IDE: IDEA

安装OpenJDK

安装JDK

brew tap AdoptOpenJDK/openjdk
brew install caskroom/cask/brew-cask
brew cask install adoptopenjdk8

IDEA更换JDK，使用openjdk替换sun jdk。

Wireshark抓包

使用Wireshark抓包可以先了解到SSL通讯的大体流程，可以参考 Wireshark 抓包理解 HTTPS 请求流程，这篇文章详细分析了整个HTTPS通讯流程，包括TCP三次握手、SSL握手环节、TCP四次挥手。

SSL通信流程

SSL通信流程主要有以下四步：

加载密钥库，初始化SSLContext；
建立Socket连接；
进行SSL握手；
发送加密应用数据。

一. 初始化SSLContext

二. 建立Socket

服务端

创建ServerSocket

服务端使用SSLServerSocketFactoryImpl的createServerSocket方法来创建ServerSocket，该方法主要进行以下两件事：

(1) 调用native方法socketBind绑定服务端地址和端口，调用native方法socketListen进行监听。

(2) 进行SSL信息初始化，获取支持的加密套件和协议版本。

accept()

(1) 通常我们会在循环中调用accept，accept会事先创建Socket，不过还没初始化；调用native方法socketAccept，该方法会发生阻塞，直到有客户端连接，此时返回初始化完毕的Socket，这里该Socket的实现为SSLSocket。具体代码可以参考ServerSocket的implAccept(Socket)方法。

(2) 当有客户端连接到来时，退出阻塞，返回SSLScoket；接着会初始化ServerHandshaker，初始化主要完成以下操作：

将connectionState标记为cs_HANDSHAKE，表示还未经过握手环节。
设置支持的协议版本列表、加密套件列表、是否需要客户端认证等。代码参考SSLSocketImpl的initHandshaker方法。

客户端

创建Socket

(1) 初始化Session，支持的协议版本、加密套件等；

(2) 使用native方法socketCreate创建Socket；构造URI socket:127.0.0.1:8080，使用native方法socketConnect发起连接；

(3) 初始化ClientHandshaker，与服务端的类似。

客户端连接成功之后，向服务器发送数据，最终会调用SSLSocketImpl的writeRecord方法。

(1) 判断connectionState是否为cs_HANDSHAKE，是的则调用kickstartHandshake开启握手环节，即发送 client_hello，握手环节下面再仔细分析。

三. SSL握手

时序图

在这里插入图片描述

流程详解

客户端第一次发送数据时，需要进行SSL握手，调用Handshaker的kickstart方法开启握手流程，此时客户端发送ClientHello消息，主要参数如下：

protocolVersion: 支持的最高协议版本
sessionId: 会话ID
cipherSuites: 支持的加密套件
clnt_random: 客户端随机数
compression_methods: 压缩算法（可选）
extensions: 拓展字段，会携带支持的签名算法列表。另外如果支持EC算法，还会携带相关参数。

服务端收到客户端的ClientHello之后，会进行以下操作，主要逻辑在ServerHandshaker中的clientHello方法中。

(1) 服务端发送ServerHello消息，主要参数如下：

protocolVersion: 从服务端支持的协议版本中选取的，该版本小于等于客户端发送过来的协议版本；
svr_random: 服务端随机数
sessionId: 会话ID
cipherSuite: 客户端发送过来的加密套件列表中选取的
compression_method: 压缩方法
extensions: 扩展字段

(2) 服务端发送CertificateMsg消息，主要向客户端发送服务端的证书。

(3) 服务端发送ServerKeyExchange消息，ServerKeyExchange是抽象基类，具体子类要看使用哪种密钥交换算法，这里发送的是DH_ServerKeyExchange。

主要参数如下：

protocolVersion: 协议版本
dh_p、dh_g、dh_Ys: 前两个是DH算法的参数，后一个是DH算法中的公钥
signature: 签名
preferableSignatureAlgorithm: 选中的签名算法

(4) 服务端发送CertificateRequest消息，请求客户端证书。实际上大多数系统只要求单向认证，此步骤通常情况下会被忽略。

(5) 服务端发送ServerHelloDone消息。

客户端接收服务端发过来的SererHello消息，主要进行以下处理：设置协商好的协议版本、服务端随机数、加密套件、以及创建Session。
客户端接收服务端发过来的CertificateMsg消息，进行证书校验。
客户端接收服务端发过来的ServerKeyExchange消息，利用发过来的DH参数（dh_p，dh_p）创建DHCrypt，主要生成客户端的DH公钥，这些参数用于后续生成主密钥。
客户端接收服务端发过来的CertificateRequest消息，客户端会构造CertificateMsg消息（certRequest属性，此时还未完全初始化），但此时还不会立即发送给服务端。
客户端接收服务端发过来的ServerHelloDone消息，进行以下操作：

(1) 通过判断certRequest是否为空来判断是否需要发送客户端证书，如果需要客户端证书，则从KeyManager中获取客户端证书，构造Certificate握手消息发送给服务端。

(2) 客户端发送ClientKeyExchange握手消息，ClientKeyExchange是抽象基类，具体子类要看使用哪种密钥交换算法，这里发送的是DHClientKeyExchange，主要是客户端的DH公钥。

(3) 使用客户端DH参数和服务端DH公钥生成preMasterSecret，接着用preMasterSecret和prf函数生成masterSecret，session会存储masterSecret；用masterSecret和prf函数生成connectionKeys，connectionKeys包含clntWriteKey，svrWriteKey，clntWriteIV，svrWriteIV，clntMacSecret和svrMacSecret，这些参数用于后续生成通信的readCipher, readAuthenticator, writeCipher, writeAuthenticator。

(4) 客户端发送CertificateVerify握手消息；

(5) 客户端发送contentType为ct_change_cipher_spec的消息，握手消息的contentType为ct_handshake，利用clntWriteKey, clntWriteIV生成客户端的writeCipher，用于客户端读取数据时解密；利用clntMacSecret生成客户端的writeAuthenticator，用于对客户端数据进行签名。

(6) 客户端发送Finished握手消息;

服务端接收客户端发的Certificate消息，进行证书校验。
服务端接收客户端发的ClientKeyExchange消息，这里收到DHClientKeyExchange消息对象，进行以下操作：

(1) 根据服务端DH参数和客户端DH公钥计算出preMasterSecret；

(2) 利用preMasterSecret和prf函数生成masterSecret，session会存储masterSecret；

(3) 利用masterSecret和prf函数生成connectionKeys，connectionKeys包含clntWriteKey，svrWriteKey，clntWriteIV，svrWriteIV，clntMacSecret和svrMacSecret，这些参数用于后续生成通信的readCipher, readAuthenticator, writeCipher, writeAuthenticator。

服务端收到客户端发的CertificateVerify消息，主要对客户端证书进行验签。
服务端收到客户端发的change_cipher_spec消息，利用clntWriteKey, clntWriteIV生成服务端的readCipher，readCipher用于服务端读取数据时解密；利用clntMacSecret生成服务端的readAuthenticator，readAuthenticator用于对客户端数据进行验签。
服务端收到客户端发的Finished握手消息，进行以下操作：

(1) 对verifyData参数进行验证，用于判断双方生成的masterSecret是否一致。

(2) 发送contentType为ct_change_cipher_spec的消息，利用svrWriteKey和svrWriteIV生成服务端的writeCipher，用于服务端发送数据时进行加密；利用svrMAcSecret生成服务端的writeAuthenticator，用于对服务端的数据进行签名。

(3) 发送Finished握手消息。

客户端收到服务端发的change_cipher_spec消息，利用svrWriteKey, svrWriteIV生成客户端的readCipher，用于客户端读取数据时解密；利用svrMacSecret生成客户端的readAuthenticator，用于对服务端数据进行验签。
客户端收到服务端发的Finished消息，对verifyData参数进行验证，用于判断双方生成的masterSecret是否一致。