granicus.if.org Git - apache/blob - docs/manual/ssl/ssl_intro.html.en

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   8 <title>SSL/TLS Strong Encryption: An Introduction - Apache HTTP Server</title>
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  14
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  16 <body id="manual-page"><div id="page-header">
  17 <p class="menu"><a href="../mod/">Modules</a> | <a href="../mod/directives.html">Directives</a> | <a href="http://wiki.apache.org/httpd/FAQ">FAQ</a> | <a href="../glossary.html">Glossary</a> | <a href="../sitemap.html">Sitemap</a></p>
  18 <p class="apache">Apache HTTP Server Version 2.5</p>
  19 <img alt="" src="../images/feather.gif" /></div>
  20 <div class="up"><a href="./"><img title="&lt;-" alt="&lt;-" src="../images/left.gif" /></a></div>
  21 <div id="path">
  22 <a href="http://www.apache.org/">Apache</a> &gt; <a href="http://httpd.apache.org/">HTTP Server</a> &gt; <a href="http://httpd.apache.org/docs/">Documentation</a> &gt; <a href="../">Version 2.5</a> &gt; <a href="./">SSL/TLS</a></div><div id="page-content"><div id="preamble"><h1>SSL/TLS Strong Encryption: An Introduction</h1>
  23 <div class="toplang">
  24 <p><span>Available Languages: </span><a href="../en/ssl/ssl_intro.html" title="English">&nbsp;en&nbsp;</a> |
  25 <a href="../fr/ssl/ssl_intro.html" hreflang="fr" rel="alternate" title="Français">&nbsp;fr&nbsp;</a> |
  26 <a href="../ja/ssl/ssl_intro.html" hreflang="ja" rel="alternate" title="Japanese">&nbsp;ja&nbsp;</a></p>
  27 </div>
  28
  29
  30 <p>As an introduction this chapter is aimed at readers who are familiar
  31 with the Web, HTTP, and Apache, but are not security experts. It is not
  32 intended to be a definitive guide to the SSL protocol, nor does it discuss
  33 specific techniques for managing certificates in an organization, or the
  34 important legal issues of patents and import and export restrictions.
  35 Rather, it is intended to provide a common background to <code class="module"><a href="../mod/mod_ssl.html">mod_ssl</a></code> users by pulling together various concepts, definitions,
  36 and examples as a starting point for further exploration.</p>
  37 </div>
  38 <div id="quickview"><ul id="toc"><li><img alt="" src="../images/down.gif" /> <a href="#cryptographictech">Cryptographic Techniques</a></li>
  39 <li><img alt="" src="../images/down.gif" /> <a href="#certificates">Certificates</a></li>
  40 <li><img alt="" src="../images/down.gif" /> <a href="#ssl">Secure Sockets Layer (SSL)</a></li>
  41 <li><img alt="" src="../images/down.gif" /> <a href="#references">References</a></li>
  42 </ul><ul class="seealso"><li><a href="#comments_section">Comments</a></li></ul></div>
  43 <div class="top"><a href="#page-header"><img alt="top" src="../images/up.gif" /></a></div>
  44 <div class="section">
  45 <h2><a name="cryptographictech" id="cryptographictech">Cryptographic Techniques</a></h2>
  46
  47 <p>Understanding SSL requires an understanding of cryptographic
  48 algorithms, message digest functions (aka. one-way or hash functions), and
  49 digital signatures. These techniques are the subject of entire books (see
  50 for instance [<a href="#AC96">AC96</a>]) and provide the basis for privacy,
  51 integrity, and authentication.</p>
  52
  53 <h3><a name="cryptographicalgo" id="cryptographicalgo">Cryptographic Algorithms</a></h3>
  54
  55     <p>Suppose Alice wants to send a message to her bank to transfer some
  56     money. Alice would like the message to be private, since it will
  57     include information such as her account number and transfer amount. One
  58     solution is to use a cryptographic algorithm, a technique that would
  59     transform her message into an encrypted form, unreadable until it is
  60     decrypted. Once in this form, the message can only be
  61     decrypted by using a secret key. Without the key the message is useless:
  62     good cryptographic algorithms make it so difficult
  63     for intruders to decode the original text that it isn't worth their
  64     effort.</p>
  65
  66     <p>There are two categories of cryptographic algorithms: conventional
  67     and public key.</p>
  68
  69     <dl>
  70     <dt>Conventional cryptography</dt>
  71     <dd>also known as symmetric cryptography, requires the sender and
  72     receiver to share a key: a secret piece of information that may be
  73     used to encrypt or decrypt a message. As long as this key is kept
  74     secret, nobody other than the sender or recipient can read the message.
  75     If Alice and the bank know a secret key, then they can send each other
  76     private messages. The task of sharing a key between sender and recipient
  77     before communicating, while also keeping it secret from others, can be
  78     problematic.</dd>
  79
  80     <dt>Public key cryptography</dt>
  81     <dd>also known as asymmetric cryptography, solves the key exchange
  82     problem by defining an algorithm which uses two keys, each of which
  83     may be used to encrypt a message. If one key is used to encrypt a
  84     message then the other must be used to decrypt it. This makes it
  85     possible to receive secure messages by simply publishing one key
  86     (the public key) and keeping the other secret (the private key).</dd>
  87     </dl>
  88
  89     <p>Anyone can encrypt a message using the public key, but only the
  90     owner of the private key will be able to read it. In this way, Alice
  91     can send private messages to the owner of a key-pair (the bank), by
  92     encrypting them using their public key. Only the bank will be able to
  93     decrypt them.</p>
  94
  95
  96 <h3><a name="messagedigests" id="messagedigests">Message Digests</a></h3>
  97
  98     <p>Although Alice may encrypt her message to make it private, there
  99     is still a concern that someone might modify her original message or
 100     substitute it with a different one, in order to transfer the money
 101     to themselves, for instance. One way of guaranteeing the integrity
 102     of Alice's message is for her to create a concise summary of her
 103     message and send this to the bank as well. Upon receipt of the message,
 104     the bank creates its own summary and compares it with the one Alice
 105     sent. If the summaries are the same then the message has been received
 106     intact.</p>
 107
 108     <p>A summary such as this is called a <dfn>message digest</dfn>, <em>one-way
 109     function</em> or <em>hash function</em>. Message digests are used to create
 110     a short, fixed-length representation of a longer, variable-length message.
 111     Digest algorithms are designed to produce a unique digest for each
 112     message. Message digests are designed to make it impractically difficult
 113     to determine the message from the digest and (in theory) impossible to
 114     find two different messages which create the same digest -- thus
 115     eliminating the possibility of substituting one message for another while
 116     maintaining the same digest.</p>
 117
 118     <p>Another challenge that Alice faces is finding a way to send the digest
 119     to the bank securely; if the digest is not sent securely, its integrity may
 120     be compromised and with it the possibility for the bank to determine the
 121     integrity of the original message. Only if the digest is sent securely can
 122     the integrity of the associated message be determined.</p>
 123
 124     <p>One way to send the digest securely is to include it in a digital
 125     signature.</p>
 126
 127
 128 <h3><a name="digitalsignatures" id="digitalsignatures">Digital Signatures</a></h3>
 129 <p>When Alice sends a message to the bank, the bank needs to ensure that the
 130 message is really from her, so an intruder cannot request a transaction
 131 involving her account. A <em>digital signature</em>, created by Alice and
 132 included with the message, serves this purpose.</p>
 133
 134 <p>Digital signatures are created by encrypting a digest of the message and
 135 other information (such as a sequence number) with the sender's private key.
 136 Though anyone can <em>decrypt</em> the signature using the public key, only the
 137 sender knows the private key. This means that only the sender can have signed
 138 the message. Including the digest in the signature means the signature is only
 139 good for that message; it also ensures the integrity of the message since no one
 140 can change the digest and still sign it.</p>
 141 <p>To guard against interception and reuse of the signature by an intruder at a
 142 later date, the signature contains a unique sequence number. This protects
 143 the bank from a fraudulent claim from Alice that she did not send the message
 144 -- only she could have signed it (non-repudiation).</p>
 145
 146 </div><div class="top"><a href="#page-header"><img alt="top" src="../images/up.gif" /></a></div>
 147 <div class="section">
 148 <h2><a name="certificates" id="certificates">Certificates</a></h2>
 149
 150 <p>Although Alice could have sent a private message to the bank, signed
 151 it and ensured the integrity of the message, she still needs to be sure
 152 that she is really communicating with the bank. This means that she needs
 153 to be sure that the public key she is using is part of the bank's key-pair,
 154 and not an intruder's. Similarly, the bank needs to verify that the message
 155 signature really was signed by the private key that belongs to Alice.</p>
 156
 157 <p>If each party has a certificate which validates the other's identity,
 158 confirms the public key and is signed by a trusted agency, then both
 159 can be assured that they are communicating with whom they think they are.
 160 Such a trusted agency is called a <em>Certificate Authority</em> and
 161 certificates are used for authentication.</p>
 162
 163 <h3><a name="certificatecontents" id="certificatecontents">Certificate Contents</a></h3>
 164
 165     <p>A certificate associates a public key with the real identity of
 166     an individual, server, or other entity, known as the subject. As
 167     shown in <a href="#table1">Table 1</a>, information about the subject
 168     includes identifying information (the distinguished name) and the
 169     public key. It also includes the identification and signature of the
 170     Certificate Authority that issued the certificate and the period of
 171     time during which the certificate is valid. It may have additional
 172     information (or extensions) as well as administrative information
 173     for the Certificate Authority's use, such as a serial number.</p>
 174
 175     <h4><a name="table1" id="table1">Table 1: Certificate Information</a></h4>
 176
 177     <table>
 178
 179     <tr><th>Subject</th>
 180         <td>Distinguished Name, Public Key</td></tr>
 181     <tr><th>Issuer</th>
 182         <td>Distinguished Name, Signature</td></tr>
 183     <tr><th>Period of Validity</th>
 184         <td>Not Before Date, Not After Date</td></tr>
 185     <tr><th>Administrative Information</th>
 186         <td>Version, Serial Number</td></tr>
 187     <tr><th>Extended Information</th>
 188         <td>Basic Constraints, Netscape Flags, etc.</td></tr>
 189     </table>
 190
 191
 192     <p>A distinguished name is used to provide an identity in a specific
 193     context -- for instance, an individual might have a personal
 194     certificate as well as one for their identity as an employee.
 195     Distinguished names are defined by the X.509 standard [<a href="#X509">X509</a>], which defines the fields, field names and
 196     abbreviations used to refer to the fields (see <a href="#table2">Table
 197     2</a>).</p>
 198
 199     <h4><a name="table2" id="table2">Table 2: Distinguished Name Information</a></h4>
 200
 201     <table class="bordered">
 202
 203     <tr><th>DN Field</th>
 204         <th>Abbrev.</th>
 205         <th>Description</th>
 206         <th>Example</th></tr>
 207     <tr><td>Common Name</td>
 208         <td>CN</td>
 209         <td>Name being certified</td>
 210         <td>CN=Joe Average</td></tr>
 211     <tr><td>Organization or Company</td>
 212         <td>O</td>
 213         <td>Name is associated with this<br />organization</td>
 214         <td>O=Snake Oil, Ltd.</td></tr>
 215     <tr><td>Organizational Unit</td>
 216         <td>OU</td>
 217         <td>Name is associated with this <br />organization unit, such
 218         as a department</td>
 219         <td>OU=Research Institute</td></tr>
 220     <tr><td>City/Locality</td>
 221         <td>L</td>
 222         <td>Name is located in this City</td>
 223         <td>L=Snake City</td></tr>
 224     <tr><td>State/Province</td>
 225         <td>ST</td>
 226         <td>Name is located in this State/Province</td>
 227         <td>ST=Desert</td></tr>
 228     <tr><td>Country</td>
 229         <td>C</td>
 230         <td>Name is located in this Country (ISO code)</td>
 231         <td>C=XZ</td></tr>
 232     </table>
 233
 234
 235     <p>A Certificate Authority may define a policy specifying which
 236     distinguished field names are optional and which are required. It
 237     may also place requirements upon the field contents, as may users of
 238     certificates. For example, a Netscape browser requires that the
 239     Common Name for a certificate representing a server matches a wildcard
 240     pattern for the domain name of that server, such
 241     as <code>*.snakeoil.com</code>.</p>
 242
 243     <p>The binary format of a certificate is defined using the ASN.1
 244     notation [<a href="#ASN1">ASN1</a>] [<a href="#PKCS">PKCS</a>]. This
 245     notation defines how to specify the contents and encoding rules
 246     define how this information is translated into binary form. The binary
 247     encoding of the certificate is defined using Distinguished Encoding
 248     Rules (DER), which are based on the more general Basic Encoding Rules
 249     (BER). For those transmissions which cannot handle binary, the binary
 250     form may be translated into an ASCII form by using Base64 encoding
 251     [<a href="#MIME">MIME</a>]. When placed between begin and end delimiter
 252     lines (as below), this encoded version is called a PEM ("Privacy Enhanced
 253     Mail") encoded certificate.</p>
 254
 255     <div class="example"><h3>Example of a PEM-encoded certificate (snakeoil.crt)</h3><pre>-----BEGIN CERTIFICATE-----
 256 MIIC7jCCAlegAwIBAgIBATANBgkqhkiG9w0BAQQFADCBqTELMAkGA1UEBhMCWFkx
 257 FTATBgNVBAgTDFNuYWtlIERlc2VydDETMBEGA1UEBxMKU25ha2UgVG93bjEXMBUG
 258 A1UEChMOU25ha2UgT2lsLCBMdGQxHjAcBgNVBAsTFUNlcnRpZmljYXRlIEF1dGhv
 259 cml0eTEVMBMGA1UEAxMMU25ha2UgT2lsIENBMR4wHAYJKoZIhvcNAQkBFg9jYUBz
 260 bmFrZW9pbC5kb20wHhcNOTgxMDIxMDg1ODM2WhcNOTkxMDIxMDg1ODM2WjCBpzEL
 261 MAkGA1UEBhMCWFkxFTATBgNVBAgTDFNuYWtlIERlc2VydDETMBEGA1UEBxMKU25h
 262 a2UgVG93bjEXMBUGA1UEChMOU25ha2UgT2lsLCBMdGQxFzAVBgNVBAsTDldlYnNl
 263 cnZlciBUZWFtMRkwFwYDVQQDExB3d3cuc25ha2VvaWwuZG9tMR8wHQYJKoZIhvcN
 264 AQkBFhB3d3dAc25ha2VvaWwuZG9tMIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKB
 265 gQDH9Ge/s2zcH+da+rPTx/DPRp3xGjHZ4GG6pCmvADIEtBtKBFAcZ64n+Dy7Np8b
 266 vKR+yy5DGQiijsH1D/j8HlGE+q4TZ8OFk7BNBFazHxFbYI4OKMiCxdKzdif1yfaa
 267 lWoANFlAzlSdbxeGVHoT0K+gT5w3UxwZKv2DLbCTzLZyPwIDAQABoyYwJDAPBgNV
 268 HRMECDAGAQH/AgEAMBEGCWCGSAGG+EIBAQQEAwIAQDANBgkqhkiG9w0BAQQFAAOB
 269 gQAZUIHAL4D09oE6Lv2k56Gp38OBDuILvwLg1v1KL8mQR+KFjghCrtpqaztZqcDt
 270 2q2QoyulCgSzHbEGmi0EsdkPfg6mp0penssIFePYNI+/8u9HT4LuKMJX15hxBam7
 271 dUHzICxBVC1lnHyYGjDuAMhe396lYAn8bCld1/L4NMGBCQ==
 272 -----END CERTIFICATE-----</pre></div>
 273
 274
 275 <h3><a name="certificateauthorities" id="certificateauthorities">Certificate Authorities</a></h3>
 276
 277     <p>By verifying the information in a certificate request
 278     before granting the certificate, the Certificate Authority assures
 279     itself of the identity of the private key owner of a key-pair.
 280     For instance, if Alice requests a personal certificate, the
 281     Certificate Authority must first make sure that Alice really is the
 282     person the certificate request claims she is.</p>
 283
 284     <h4><a name="certificatechains" id="certificatechains">Certificate Chains</a></h4>
 285
 286         <p>A Certificate Authority may also issue a certificate for
 287         another Certificate Authority. When examining a certificate,
 288         Alice may need to examine the certificate of the issuer, for each
 289         parent Certificate Authority, until reaching one which she has
 290         confidence in. She may decide to trust only certificates with a
 291         limited chain of issuers, to reduce her risk of a "bad" certificate
 292         in the chain.</p>
 293
 294
 295     <h4><a name="rootlevelca" id="rootlevelca">Creating a Root-Level CA</a></h4>
 296
 297         <p>As noted earlier, each certificate requires an issuer to assert
 298         the validity of the identity of the certificate subject, up to
 299         the top-level Certificate Authority (CA). This presents a problem:
 300         who can vouch for the certificate of the top-level
 301         authority, which has no issuer? In this unique case, the
 302         certificate is "self-signed", so the issuer of the certificate is
 303         the same as the subject. Browsers are preconfigured to trust well-known
 304         certificate authorities, but it is important to exercise extra care in
 305         trusting a self-signed certificate. The wide publication of a
 306         public key by the root authority reduces the risk in trusting this
 307         key -- it would be obvious if someone else publicized a key
 308         claiming to be the authority.</p>
 309
 310         <p>A number of companies, such as <a href="http://www.thawte.com/">Thawte</a> and <a href="http://www.verisign.com/">VeriSign</a>
 311         have established themselves as Certificate Authorities. These
 312         companies provide the following services:</p>
 313
 314         <ul>
 315         <li>Verifying certificate requests</li>
 316         <li>Processing certificate requests</li>
 317         <li>Issuing and managing certificates</li>
 318         </ul>
 319
 320         <p>It is also possible to create your own Certificate Authority.
 321         Although risky in the Internet environment, it may be useful
 322         within an Intranet where the organization can easily verify the
 323         identities of individuals and servers.</p>
 324
 325
 326     <h4><a name="certificatemanagement" id="certificatemanagement">Certificate Management</a></h4>
 327
 328         <p>Establishing a Certificate Authority is a responsibility which
 329         requires a solid administrative, technical and management
 330         framework. Certificate Authorities not only issue certificates,
 331         they also manage them -- that is, they determine for how long
 332         certificates remain valid, they renew them and keep lists of
 333         certificates that were issued in the past but are no longer valid
 334         (Certificate Revocation Lists, or CRLs).</p>
 335
 336         <p>For example, if Alice is entitled to a certificate as an
 337         employee of a company but has now left
 338         that company, her certificate may need to be revoked.
 339         Because certificates are only issued after the subject's identity has
 340         been verified and can then be passed around to all those with whom
 341         the subject may communicate, it is impossible to tell from the
 342         certificate alone that it has been revoked.
 343         Therefore when examining certificates for validity
 344         it is necessary to contact the issuing Certificate Authority to
 345         check CRLs -- this is usually not an automated part of the process.</p>
 346
 347         <div class="note"><h3>Note</h3>
 348         <p>If you use a Certificate Authority that browsers are not configured
 349         to trust by default, it is necessary to load the Certificate
 350         Authority certificate into the browser, enabling the browser to
 351         validate server certificates signed by that Certificate Authority.
 352         Doing so may be dangerous, since once loaded, the browser will
 353         accept all certificates signed by that Certificate Authority.</p>
 354         </div>
 355
 356
 357
 358 </div><div class="top"><a href="#page-header"><img alt="top" src="../images/up.gif" /></a></div>
 359 <div class="section">
 360 <h2><a name="ssl" id="ssl">Secure Sockets Layer (SSL)</a></h2>
 361
 362 <p>The Secure Sockets Layer protocol is a protocol layer which may be
 363 placed between a reliable connection-oriented network layer protocol
 364 (e.g. TCP/IP) and the application protocol layer (e.g. HTTP). SSL provides
 365 for secure communication between client and server by allowing mutual
 366 authentication, the use of digital signatures for integrity and encryption
 367 for privacy.</p>
 368
 369 <p>The protocol is designed to support a range of choices for specific
 370 algorithms used for cryptography, digests and signatures. This allows
 371 algorithm selection for specific servers to be made based on legal, export
 372 or other concerns and also enables the protocol to take advantage of new
 373 algorithms. Choices are negotiated between client and server when
 374 establishing a protocol session.</p>
 375
 376 <h3><a name="table4" id="table4">Table 4: Versions of the SSL protocol</a></h3>
 377
 378     <table class="bordered">
 379
 380     <tr><th>Version</th>
 381         <th>Source</th>
 382         <th>Description</th>
 383         <th>Browser Support</th></tr>
 384     <tr><td>SSL v2.0</td>
 385         <td>Vendor Standard (from Netscape Corp.)</td>
 386         <td>First SSL protocol for which implementations exist</td>
 387         <td>- NS Navigator 1.x/2.x<br />
 388         - MS IE 3.x<br />
 389         - Lynx/2.8+OpenSSL</td></tr>
 390     <tr><td>SSL v3.0</td>
 391         <td>Expired Internet Draft (from Netscape Corp.) [<a href="#SSL3">SSL3</a>]</td>
 392         <td>Revisions to prevent specific security attacks, add non-RSA
 393         ciphers and support for certificate chains</td>
 394         <td>- NS Navigator 2.x/3.x/4.x<br />
 395         - MS IE 3.x/4.x<br />
 396         - Lynx/2.8+OpenSSL</td></tr>
 397     <tr><td>TLS v1.0</td>
 398         <td>Proposed Internet Standard (from IETF) [<a href="#TLS1">TLS1</a>]</td>
 399         <td>Revision of SSL 3.0 to update the MAC layer to HMAC, add block
 400         padding for block ciphers, message order standardization and more
 401         alert messages.</td>
 402         <td>- Lynx/2.8+OpenSSL</td></tr>
 403     <tr><td>TLS v1.1</td>
 404         <td>Proposed Internet Standard (from IETF) [<a href="#TLS11">TLS11</a>]</td>
 405         <td>Update of TLS 1.0 to add protection against Cipher block chaining
 406         (CBC) attacks.</td>
 407         <td>-</td></tr>
 408     <tr><td>TLS v1.2</td>
 409         <td>Proposed Internet Standard (from IETF) [<a href="#TLS12">TLS12</a>]</td>
 410         <td>Update of TLS 1.2 deprecating MD5 as hash, and adding incompatibility
 411         to SSL so it will never negotiate the use of SSLv2.</td>
 412         <td>-</td></tr>
 413     </table>
 414
 415
 416 <p>There are a number of versions of the SSL protocol, as shown in
 417 <a href="#table4">Table 4</a>. As noted there, one of the benefits in
 418 SSL 3.0 is that it adds support of certificate chain loading. This feature
 419 allows a server to pass a server certificate along with issuer certificates
 420 to the browser. Chain loading also permits the browser to validate the
 421 server certificate, even if Certificate Authority certificates are not
 422 installed for the intermediate issuers, since they are included in the
 423 certificate chain. SSL 3.0 is the basis for the Transport Layer Security
 424 [<a href="#TLS1">TLS</a>] protocol standard, currently in development by
 425 the Internet Engineering Task Force (IETF).</p>
 426
 427 <h3><a name="session" id="session">Establishing a Session</a></h3>
 428
 429     <p>The SSL session is established by following a handshake sequence
 430     between client and server, as shown in <a href="#figure1">Figure 1</a>. This sequence may vary, depending on whether the server
 431     is configured to provide a server certificate or request a client
 432     certificate. Although cases exist where additional handshake steps
 433     are required for management of cipher information, this article
 434     summarizes one common scenario. See the SSL specification for the full
 435     range of possibilities.</p>
 436
 437     <div class="note"><h3>Note</h3>
 438     <p>Once an SSL session has been established, it may be reused. This
 439     avoids the performance penalty of repeating the many steps needed
 440     to start a session. To do this, the server assigns each SSL session a
 441     unique session identifier which is cached in the server and which the
 442     client can use in future connections to reduce the handshake time
 443     (until the session identifier expires from the cache of the server).</p>
 444     </div>
 445
 446     <p class="figure">
 447     <img src="../images/ssl_intro_fig1.gif" alt="" width="423" height="327" /><br />
 448     <a id="figure1" name="figure1"><dfn>Figure 1</dfn></a>: Simplified SSL
 449     Handshake Sequence</p>
 450
 451     <p>The elements of the handshake sequence, as used by the client and
 452     server, are listed below:</p>
 453
 454     <ol>
 455     <li>Negotiate the Cipher Suite to be used during data transfer</li>
 456     <li>Establish and share a session key between client and server</li>
 457     <li>Optionally authenticate the server to the client</li>
 458     <li>Optionally authenticate the client to the server</li>
 459     </ol>
 460
 461     <p>The first step, Cipher Suite Negotiation, allows the client and
 462     server to choose a Cipher Suite supported by both of them. The SSL3.0
 463     protocol specification defines 31 Cipher Suites. A Cipher Suite is
 464     defined by the following components:</p>
 465
 466     <ul>
 467     <li>Key Exchange Method</li>
 468     <li>Cipher for Data Transfer</li>
 469     <li>Message Digest for creating the Message Authentication Code (MAC)</li>
 470     </ul>
 471
 472     <p>These three elements are described in the sections that follow.</p>
 473
 474
 475 <h3><a name="keyexchange" id="keyexchange">Key Exchange Method</a></h3>
 476
 477     <p>The key exchange method defines how the shared secret symmetric
 478     cryptography key used for application data transfer will be agreed
 479     upon by client and server. SSL 2.0 uses RSA key exchange only, while
 480     SSL 3.0 supports a choice of key exchange algorithms including
 481     RSA key exchange (when certificates are used), and Diffie-Hellman key
 482     exchange (for exchanging keys without certificates, or without prior
 483     communication between client and server).</p>
 484
 485     <p>One variable in the choice of key exchange methods is digital
 486     signatures -- whether or not to use them, and if so, what kind of
 487     signatures to use. Signing with a private key provides protection
 488     against a man-in-the-middle-attack during the information exchange
 489     used to generating the shared key [<a href="#AC96">AC96</a>, p516].</p>
 490
 491
 492 <h3><a name="ciphertransfer" id="ciphertransfer">Cipher for Data Transfer</a></h3>
 493
 494     <p>SSL uses conventional symmetric cryptography, as described earlier,
 495     for encrypting messages in a session.
 496     There are nine choices of how to encrypt, including the option not to
 497     encrypt:</p>
 498
 499     <ul>
 500     <li>No encryption</li>
 501     <li>Stream Ciphers
 502         <ul>
 503         <li>RC4 with 40-bit keys</li>
 504         <li>RC4 with 128-bit keys</li>
 505         </ul></li>
 506     <li>CBC Block Ciphers
 507         <ul><li>RC2 with 40 bit key</li>
 508         <li>DES with 40 bit key</li>
 509         <li>DES with 56 bit key</li>
 510         <li>Triple-DES with 168 bit key</li>
 511         <li>Idea (128 bit key)</li>
 512         <li>Fortezza (96 bit key)</li>
 513         </ul></li>
 514     </ul>
 515
 516     <p>"CBC" refers to Cipher Block Chaining, which means that a
 517     portion of the previously encrypted cipher text is used in the
 518     encryption of the current block. "DES" refers to the Data Encryption
 519     Standard [<a href="#AC96">AC96</a>, ch12], which has a number of
 520     variants (including DES40 and 3DES_EDE). "Idea" is currently one of
 521     the best and cryptographically strongest algorithms available,
 522     and "RC2" is a proprietary algorithm from RSA DSI [<a href="#AC96">AC96</a>, ch13].</p>
 523
 524
 525 <h3><a name="digestfuntion" id="digestfuntion">Digest Function</a></h3>
 526
 527     <p>The choice of digest function determines how a digest is created
 528     from a record unit. SSL supports the following:</p>
 529
 530     <ul>
 531     <li>No digest (Null choice)</li>
 532     <li>MD5, a 128-bit hash</li>
 533     <li>Secure Hash Algorithm (SHA-1), a 160-bit hash</li>
 534     </ul>
 535
 536     <p>The message digest is used to create a Message Authentication Code
 537     (MAC) which is encrypted with the message to verify integrity and to
 538     protect against replay attacks.</p>
 539
 540
 541 <h3><a name="handshake" id="handshake">Handshake Sequence Protocol</a></h3>
 542
 543     <p>The handshake sequence uses three protocols:</p>
 544
 545     <ul>
 546     <li>The <dfn>SSL Handshake Protocol</dfn>
 547     for performing the client and server SSL session establishment.</li>
 548     <li>The <dfn>SSL Change Cipher Spec Protocol</dfn> for actually
 549     establishing agreement on the Cipher Suite for the session.</li>
 550     <li>The <dfn>SSL Alert Protocol</dfn> for conveying SSL error
 551     messages between client and server.</li>
 552     </ul>
 553
 554     <p>These protocols, as well as application protocol data, are
 555     encapsulated in the <dfn>SSL Record Protocol</dfn>, as shown in
 556     <a href="#figure2">Figure 2</a>. An encapsulated protocol is
 557     transferred as data by the lower layer protocol, which does not
 558     examine the data. The encapsulated protocol has no knowledge of the
 559     underlying protocol.</p>
 560
 561     <p class="figure">
 562     <img src="../images/ssl_intro_fig2.gif" alt="" width="428" height="217" /><br />
 563     <a id="figure2" name="figure2"><dfn>Figure 2</dfn></a>: SSL Protocol Stack
 564     </p>
 565
 566     <p>The encapsulation of SSL control protocols by the record protocol
 567     means that if an active session is renegotiated the control protocols
 568     will be transmitted securely. If there was no previous session,
 569     the Null cipher suite is used, which means there will be no encryption and
 570     messages will have no integrity digests, until the session has been
 571     established.</p>
 572
 573
 574 <h3><a name="datatransfer" id="datatransfer">Data Transfer</a></h3>
 575
 576     <p>The SSL Record Protocol, shown in <a href="#figure3">Figure 3</a>,
 577     is used to transfer application and SSL Control data between the
 578     client and server, where necessary fragmenting this data into smaller units,
 579     or combining multiple higher level protocol data messages into single
 580     units. It may compress, attach digest signatures, and encrypt these
 581     units before transmitting them using the underlying reliable transport
 582     protocol (Note: currently, no major SSL implementations include support
 583     for compression).</p>
 584
 585     <p class="figure">
 586     <img src="../images/ssl_intro_fig3.gif" alt="" width="423" height="323" /><br />
 587     <a id="figure3" name="figure3"><dfn>Figure 3</dfn></a>: SSL Record Protocol
 588     </p>
 589
 590
 591 <h3><a name="securehttp" id="securehttp">Securing HTTP Communication</a></h3>
 592
 593     <p>One common use of SSL is to secure Web HTTP communication between
 594     a browser and a webserver. This does not preclude the use of
 595     non-secured HTTP - the secure version (called HTTPS) is the same as
 596     plain HTTP over SSL, but uses the URL scheme <code>https</code>
 597     rather than <code>http</code>, and a different server port (by default,
 598     port 443). This functionality is a large part of what <code class="module"><a href="../mod/mod_ssl.html">mod_ssl</a></code> provides for the Apache webserver.</p>
 599
 600 </div><div class="top"><a href="#page-header"><img alt="top" src="../images/up.gif" /></a></div>
 601 <div class="section">
 602 <h2><a name="references" id="references">References</a></h2>
 603
 604 <dl>
 605 <dt><a id="AC96" name="AC96">[AC96]</a></dt>
 606 <dd>Bruce Schneier, <q>Applied Cryptography</q>, 2nd Edition, Wiley,
 607 1996. See <a href="http://www.counterpane.com/">http://www.counterpane.com/</a> for various other materials by Bruce
 608 Schneier.</dd>
 609
 610 <dt><a id="ASN1" name="ASN1">[ASN1]</a></dt>
 611 <dd>ITU-T Recommendation X.208, <q>Specification of Abstract Syntax Notation
 612 One (ASN.1)</q>, last updated 2008. See <a href="http://www.itu.int/ITU-T/asn1/">http://www.itu.int/ITU-T/asn1/</a>.
 613 </dd>
 614
 615 <dt><a id="X509" name="X509">[X509]</a></dt>
 616 <dd>ITU-T Recommendation X.509, <q>The Directory - Authentication
 617 Framework</q>. For references, see <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/X.509">http://en.wikipedia.org/wiki/X.509</a>.
 618 </dd>
 619
 620 <dt><a id="PKCS" name="PKCS">[PKCS]</a></dt>
 621 <dd><q>Public Key Cryptography Standards (PKCS)</q>,
 622 RSA Laboratories Technical Notes, See <a href="http://www.rsasecurity.com/rsalabs/pkcs/">http://www.rsasecurity.com/rsalabs/pkcs/</a>.</dd>
 623
 624 <dt><a id="MIME" name="MIME">[MIME]</a></dt>
 625 <dd>N. Freed, N. Borenstein, <q>Multipurpose Internet Mail Extensions
 626 (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies</q>, RFC2045.
 627 See for instance <a href="http://tools.ietf.org/html/rfc2045">http://tools.ietf.org/html/rfc2045</a>.</dd>
 628
 629 <dt><a id="SSL3" name="SSL3">[SSL3]</a></dt>
 630 <dd>Alan O. Freier, Philip Karlton, Paul C. Kocher, <q>The SSL Protocol
 631 Version 3.0</q>, 1996. See <a href="http://www.netscape.com/eng/ssl3/draft302.txt">http://www.netscape.com/eng/ssl3/draft302.txt</a>.</dd>
 632
 633 <dt><a id="TLS1" name="TLS1">[TLS1]</a></dt>
 634 <dd>Tim Dierks, Christopher Allen, <q>The TLS Protocol Version 1.0</q>,
 635 1999. See <a href="http://ietf.org/rfc/rfc2246.txt">http://ietf.org/rfc/rfc2246.txt</a>.</dd>
 636
 637 <dt><a id="TLS11" name="TLS11">[TLS11]</a></dt>
 638 <dd><q>The TLS Protocol Version 1.1</q>,
 639 2006. See <a href="http://tools.ietf.org/html/rfc4346">http://tools.ietf.org/html/rfc4346</a>.</dd>
 640
 641 <dt><a id="TLS12" name="TLS12">[TLS12]</a></dt>
 642 <dd><q>The TLS Protocol Version 1.2</q>,
 643 2008. See <a href="http://tools.ietf.org/html/rfc5246">http://tools.ietf.org/html/rfc5246</a>.</dd>
 644 </dl>
 645 </div></div>
 646 <div class="bottomlang">
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