1. Overview

SSL/TSL Handshake에 대하여 간단히 살펴본다, 이미 더 자세하게 설명된 자료들이 구글링 되지만 여기서는 오로지 비대칭키, 대칭키가 왜 같이 사용되는지, Handshake 안에서 일어나는 순서적인 개념을 되짚는다.



2. What Is Questions?

일반적으로 비대칭키의 일부분만 요약하면, 누출되면 안되는 개인키와 공개되어도 되는 공개키의 조합으로 만들어지는 암호이며, 상대방이 나의 공개키로 보낼 Data를 암호화하여 보내면 나의 개인키로 복호화할 수 있다는 이상적인 방법이다.

장단점은, CPU Resource가 많이 필요하다는 것이며, 개인키가 누출되면 매우 위험하다는 것이다.

또, 대칭키의 경우에는 서로가 단 하나의 암호를 공유하고, 이 암호로 암/복호화를 한다는 것이다.

장단점은, 가벼우나 매우 위험하다는 것이다.

SSL/TLS에서는 비대칭,대칭의 장점만을(?) 차용한 보안 통신 방식이다.

구체적으로 알려면 RFC-5246을 참고해야 하고, RFC을 통해서는 생각보다 구체적으로 이해를 얻기 쉽지 않아 구글링 또한 병행해야 하는데, 여기 글에서는 대략적으로 핵심 흐름만 이해하도록 한다.



3. SSL/TLS Handshake flow

(1) ClientHello

Client가 Server에 보내는 ClientHello 메시지는 다음과 같다.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

struct {
    ProtocolVersion client_version;
    Random random;
    SessionID session_id;
    CipherSuite cipher_suites<2..2^16-2>;
    CompressionMethod compression_methods<1..2^8-1>;
    select (extensions_present) {
        case false:
            struct {};
        case true:
            Extension extensions<0..2^16-1>;
    };
} ClientHello;
  • ProtocolVersion : 클라이언트가 지원할 수 있는 가장 최신의 TLS 프로토콜 버전
  • CipherSuite : 클라이언트가 선호하고, 지원할 수 있는 알고리즘 리스트 (가장 좋아하는 것부터 순서대로 정렬되어)
  • CompressionMethod : 클라이언트가 지원하는 압축 알고리즘 목록이 포함되고, 클라이언트 기본 설정에 따라 정렬된다.

  • Random 은 다음의 구조체를 갖는다.

    1
2
3
4

     struct {
 uint32 gmt_unix_time;
 opaque random_bytes[28];
 } Random;

    • gmt_unix_time : 현재 일자 및 시각

    • random_bytes : Secure Random Generator에 의해 생성된 28바이트 길이의 데이터


(2) ServerHello

Server가 Client에 보내는 ServerHello 메시지는 다음과 같다.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

struct {
    ProtocolVersion server_version;
    Random random;
    SessionID session_id;
    CipherSuite cipher_suite;
    CompressionMethod compression_method;
    select (extensions_present) {
        case false:
            struct {};
        case true:
            Extension extensions<0..2^16-1>;
    };
} ServerHello;
  • 기본적으로 ClientHello와 같으며, Client가 제공한 값에서 선택하여 채워넣는다.



(3) Server Certificate

ServerHello Message와 함께 Server Certificate(인증서)를 Client에 보낸다.

Client는 Server의 인증서를 통해, Server를 식별한다.

반대로 Server의 요구에 따라, Client의 인증서가 Server에 보내져 식별될 수 있다. (Optional) 이는 2-way SSL/TLS Handshake의 일부 과정이다.



(4) Pre-Master Secret Key

Client측에서는 ClientHello.Random와 ServerHello.Random 그리고 Client측에서 제공되는 임의의 값으로 Pre-Master Secret Key를 만든다.

여기서, Client측에서 제공되는 임의의 값은 구체적으로 어떤 Struct/Field/Type인지 확인되지 않는다.

또한 이렇게 만들어진 Pre-Master Secret Key는 Server의 인증서에서 확인된 공개키로 암호화화여 Server로 보낸다. Server는 자신의 개인키로 이를 복호화함으로 써, 서로가 동일한 Pre-Master Secret Key를 가지게 된다.



(5) Master Secret Key

Client/Server가 모두 알고 있는

  • Pre-Master Secret Key,
  • ClientHello.Random,
  • ServerHello.Random

값을 가지고 각자 계산하여 48 bytes의 Master Secret Key를 만든다. 교환할 필요 없이 정확한 값이 계산된다.



(6) Session Key

Client와 Server는 PRF 함수라는 것을 이용하여

  • Master Secret Key,
  • ClientHello.Random,
  • ServerHello.Random

값을 가지고 Session Key를 만든다. 서로가 교환할 필요가 없다.


이로써, Client와 Server는 서로 SSL/TLS 통신에서 주고받는 Data를 암/복호화할 대칭키로 Session Key를 가지게 되었다.

대칭키는 누출되지 않도록 각자에서 계산되었으며, 항상 새로운 통신이 게시될 때마다 다르므로 과거 시점과 분리된다.



4. References

RFC-5246

SSL Handshake의 Flow - RFC-5246

Master Secret Key - RFC-5246

Session Key - RFC-5246

[SSL Handshake - Oracle(https://docs.oracle.com/cd/E19693-01/819-0997/aakhb/index.html)