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8-6 SSL 主密鑰產生
8-6-1 SSL 產生前置主密鑰 在 SSL 握手協定裡最主要有三種功能：認證身分、協議演算法（MAC 與加密編碼）與建立會議鑰匙。前兩項只要雙方協議由何種方式來達成即可，至於建立會議鑰匙就複雜許多。它是利用雙方所交換的鑰匙材料所建立，再利用此鑰匙加密，達成資料的隱密性功能（對稱加密法效率較高）。但 SSL/TLS 為了達到安全性更高，並不直接利用鑰匙材料產生會議鑰匙，而是先產生『前置主密鑰』（Pre-master Secret），再利用它產生『主密鑰』（Master Seeret），之間皆會經過一道複雜程序，如圖 8-8 所示。經過這些程序是為了提高複雜度，否則竊聽者擷取了鑰匙材料，說不定也可以製造出相同的會議鑰匙。產生了主密鑰之後，再利用它產生各種加密鑰匙，將於下節介紹（如圖 8-9 所示）。
圖 8-8 主密鑰產生方法 基本上，主密鑰長度是 48 位元組，只使用一次，因此被破解的機率非常小。由圖 8-8 可以看出，主密鑰產生過程又可分為兩個階段：產生前置主密鑰與計算主密鑰，以下分別介紹之。 在 SSL 協定規範中，產生前置主密鑰有 RSA 與 Diffie_Hellman 等兩種演算法，前者是利用數位憑證內的公開鑰匙傳送，後者是利用雙方交換鑰匙材料所產生。 【（A）RSA 演算法】 RSA 演算法是由客戶端產生一個 48 位元組的『前置主密鑰』（Pre-master Secret），並利用伺服端的公開鑰匙對此前置主密鑰加密，再傳送給伺服端。伺服端再利用自己的私有鑰匙解密此密文，得到與客戶端相同的前置主密鑰。我們以圖 8-6 為範例，來說明 RSA 演算法交換鑰匙材料。首先，雙方以 Hello 訊息互相交換一個亂數，並表明欲採用 RSA 演算法產生主密鑰（訊號 (1) 與 (2)）；接著，客戶端產生一個 48 位元組的亂數（前置主秘鑰，Pre-S），並利用伺服端公開鑰匙加密後，傳送給伺服端（client_key_exchange，訊號 (3)）；接下來，雙方利用此前置主密鑰與亂數計算出主密鑰（容後介紹），並通知對方已完成（finished，訊號 (4) 與 (5)），往後雙方就可以利用主密鑰（K）來保護資料的傳輸。所產生的主密鑰為： K = f(Pre-S, ClientHello.random, ServerHello.random) 其中，Pre-S 為前置主密鑰，ClientHello.random 與 ServerHello.random 是啟動訊號（Hello）上所攜帶的亂數。
圖8-9 RSA 演算法的主密鑰產生 【（B）Diffie_Hellman 演算法】 Diffie-Hellman 演算法是雙方互相交換一個數值（鑰匙材料），再各自利用所交換的鑰匙材料計算出一個相同數值(『前置主密鑰』)。圖 8-10 為雙方交換鑰匙材料的運作方式。首先雙方利用 Hello 命令交換亂數與協議選擇採用 D-H 演算法（訊號 (1) 與 (2)）。接著，雙方再利用鑰匙交換命命傳送鑰匙材料給對方（訊號 (3) 與 (4)）。雙方收到鑰匙材料之後，依照 Diffie-Hellman 演算法計算出『前置主密鑰』（計算方法請參考本書 4-4 節介紹），再利用此前置主密鑰計算出『主密鑰』（容後介紹），完成後通知對方（訊號 (5) 與 (6)）。
圖 8-10 Diffie-Hellman 的主密鑰產生 圖 8-10 中，雙方所交換的鑰匙材料如下： ServerDHParm = {dh_p, dh_g, dh_Ys} ≒ {n, g, gx mod n} ClientDHParm = {dh-Yc} ≒ {gy mod n} 因此，所產生的前置主密鑰為： Pre-master Secret = gxy mod n 另外，鑰匙材料交換命令（key_exchange）裡也需要產生雜湊碼，作為確定訊息的完整性；SSL 協定允許選擇採用 MD5 或 SHA 演算法，計算參數如下： MD5_Hash = MD5(ClientHello.radom || ServerHello.radom || ServerParm) SHA_Hash = SHA(ClientHello.radom || ServerHello.radom || ServerParm) 8-6-2 主密鑰的計算 無論採用 RSA、Diffie-Hellman 或 FORTEZZA 演算法產生『前置主密鑰』之後，都使用同一種計算公式來產生『主密鑰』（Master Secret），計算公式如下： master_secret = MD5(pre_master_secret || SHA(“A”|| pre_master_secret || ClientHello.random || ServerHello.random)) || MD5(pre_master_secret || SHA(“BB”|| pre_master_secret || ClientHello.random || ServerHello.random)) || MD5(pre_master_secret || SHA(“CCC”|| pre_master_secret || ClientHello.random || ServerHello.random)) 圖 8-11 顯示出上述的計算程序。基本上，SSL 協定所欲產生主密鑰的長度是 48 位元組（384 bits），然而 MD5 演算法所產生的雜湊碼為 16 個位元組，因此需要計算三次再將其連結起來。SHA 所計算出來的雜湊碼（20 位元組），然後再經過 MD5 計算，但不再計算長度。計算公式中 A 表示起始向量（如 8-8-2 介紹，MD5(ClientHello.random || ServerHello.random)），BB與 CCC 表示前一次所計算出來主密鑰（master_secret）的值，重複計算到長度為 48 位元組為止。
圖 8-11 主密鑰的計算產生 雖然，經過鑰匙交換程序產生了『主密鑰』，但並非直接使用它來從事加密或計算 MAC 碼，這必須視採用何種『加密套件』而定。但無論如何，主密鑰是一個 SSL 會議（SSL Session）安全機制的主要依據，由它來產生各種安全參數，譬如，加密鑰匙、MAC 鑰匙、、、等等；如何運用，下一節再介紹。 |
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