发布日期：2025-05-26 浏览次数：
传输层安全性 (TLS)加密在安全的互联网交易中发挥着重要作用，它保护敏感信息（例如登录凭据、财务信息和个人数据）免遭窥探。TLS 因其更高的安全性而比 SSL 等较旧的加密方法更受欢迎，它运行在 OSI 模型的传输层（第 4 层）。无论您是在浏览网站、发送电子邮件还是进行在线支付，TLS 都能确保您的数据保持机密且不被篡改。
让我们探索 TLS 加密的各个方面，包括其历史、握手过程、密码套件、重要性和漏洞，以及揽阁信息如何帮助组织维护安全。
传输层安全性 (TLS) 是一种加密协议，旨在通过计算机网络（主要是互联网）提供安全的通信和数据传输。它与更广泛的网络安全生态系统相集成，并与防火墙和硬件安全模块 (HSM)等工具协同工作，以增强整体网络安全，例如过滤网络流量、管理加密密钥等等。它确保三个核心原则：
加密：对未经授权的各方隐藏数据，使窃听者无法读取。
身份验证：验证身份以确保您连接到合法服务器。
完整性：保证数据在传输过程中不被更改或篡改。
TLS 是 Netscape 于 1995 年开发的安全套接字层 (SSL) 的后继者，它是一种加密协议，可以解决 SSL 的漏洞并提高性能。虽然 TLS 经常被互换使用，但它是现代标准。互联网工程任务组 (IETF) 于 2018 年发布了TLS 1.3，提供了 0-RTT（零往返时间）等增强功能，可通过简化的握手流程实现更快的连接速度和更强的安全性。
TLS 最常用于HTTPS（超文本传输协议安全）。您在网站 URL 旁边看到的挂锁图标表示该连接已受 TLS 保护。TLS 也用于许多其他领域，例如电子邮件（SMTP、IMAP）、IP 语音 (VoIP)、虚拟专用网络 (VPN) 等等。
互联网是公共网络，如果没有加密，数据将以纯文本形式传输，容易被拦截。如果没有 TLS，密码、信用卡号和个人信息等敏感信息很容易被盗。TLS 可以降低诸如窃听（未经授权监听数据传输）、中间人 (MITM)攻击（攻击者拦截并篡改双方之间的通信）以及数据篡改（未经授权修改数据）等风险。
根据谷歌透明度报告，截至 2025 年 4 月，Chrome 中加载的网页超过 90% 使用依赖于 TLS 的 HTTPS。
Chrome 中通过 HTTPS 加载的页面百分比（按平台划分）（截至 2025 年 4 月 5日）
TLS 的日益普及凸显了其对于与消费者建立信任、通过安全的网站信号提高 SEO 排名、显示用户信任指标（如挂锁图标）以及保护企业免受声誉或财务问题的影响的重要性。
一切始于 20 世纪 90 年代中期推出的安全套接字层 (SSL)，当时它存在诸多缺陷和安全问题。互联网工程任务组 (IETF) 意识到需要进一步改进，于是接管了 SSL 的开发，并将其更名为传输层安全协议 (TLS)。SSL/TLS 已经历了多个版本的发展，以应对新出现的威胁并提高效率：
| 年份 | SSL/TLS 版本 | 细节 |
| 1994 | SSL 1.0 | 初始版本存在安全漏洞，从未向公众开放。 |
| 1995 | SSL 2.0 | 这是第一个公开发布的HTTP流量加密和安全通信版本。 |
| 1996 | SSL 3.0 | 它解决了 SSL 2.0 的许多安全漏洞，并凭借其更好的算法和密码套件得到了广泛采用。它已于 2015 年被弃用。 |
| 1999 | TLS 1.0 （RFC 2246） | TLS 1.0 本质上是 SSL 3.0 的演进版本，它包含了一些细微的改进，但与其前身 SSL 3.0 保持了很大的相似性，尽管如此，这两个协议仍然无法互操作。由于已知的安全漏洞，SSL 3.0 和 TLS 1.0 分别于 2015 年和 2020 年被弃用。 |
| 2006 | TLS 1.1 （RFC 4346） | 本次更新解决了 TLS 1.0 中发现的若干安全问题。主要改进包括防御密码块链接 (CBC) 和填充预言攻击，以及更好地处理初始化向量。 |
| 2008 | TLS 1.2 （RFC 5246） | TLS 1.2 引入了更强大的加密算法（AES、SHA-2 等）、改进了密码套件协商并弃用了较弱的算法。 |
| 2018 | TLS 1.3 （RFC 8446） | 它简化了握手过程，降低了延迟并提高了连接建立速度。此外，它还移除了对许多较旧、安全性较低的功能和算法（例如 SHA-1、MD5、DES、3DES 和RC4）的支持，这些算法和算法在 TLS 1.2 和 1.3 中已不再受 Chrome、Firefox、Safari 和 Edge 等主流浏览器的支持，这反映了加密标准向更强大、更快、更安全的持续发展趋势。 |
密码套件是一组定义 TLS 如何保护连接的算法。它们被视为 TLS 的基石，包括：
密钥交换算法：确定如何共享会话密钥（例如，ECDHE 可实现完美的前向保密，这可确保即使服务器的私钥被泄露，过去的会话密钥仍然安全，从而增强长期数据保护）。
加密算法：指定用于加密数据的方法（例如，AES-256-GCM）。
身份验证算法：验证身份（例如，RSA或ECDSA）。
散列算法：确保数据完整性（例如，SHA-256）。
例如，密码套件 TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 使用 ECDHE 进行密钥交换，使用 RSA 进行身份验证，使用 AES-256-GCM 进行加密，并使用 SHA-384 进行哈希处理。TLS 1.3 仅支持五种密码套件，均具有完美的前向保密性。与 TLS 1.2 不同，TLS 1.3 的密码套件不再指定密钥交换和身份验证算法，而是分别处理。与 TLS 1.2 更广泛的范围（包含安全性较低的选项）相比，这增强了安全性和简便性。
TLS 运行在 OSI 模型的传输层（第 4 层）和应用层（第 7 层），用于保护客户端（例如，您的浏览器）和服务器（例如，您的网站）之间的数据安全。以下是分步说明：
TLS 握手是数据传输开始前建立安全连接的初始操作，由于多次消息交换，可能会增加一些延迟。TLS 1.3 通过简化此过程并实现更快的连接建立（例如通过 0-RTT（往返时间）恢复会话）来优化此过程。
客户端问候：客户端发送支持的 TLS 版本、密码套件和随机数的列表。
服务器问候：服务器选择 TLS 版本和密码套件，发送其数字证书（包含其公钥和域详细信息），并提供一个随机数。
证书验证：客户端从受信任的证书颁发机构验证服务器的证书以确保真实性。
密钥交换：客户端和服务器使用Diffie-Hellman (DH)或椭圆曲线 Diffie-Hellman (ECDH) 等方法生成会话密钥（共享密钥）。TLS 1.3 要求完全前向保密，即使服务器的私钥随后被泄露，也能保护会话密钥。
完成的消息：双方交换加密消息以确认握手成功。
握手使用非对称加密（公钥和私钥）来安全地交换会话密钥。会话密钥一旦建立，即可实现更快的对称加密数据传输。会话恢复方法（例如会话 ID 或会话票据）还允许客户端和服务器在重新连接时避免完全握手，从而进一步降低延迟。
握手后，TLS 使用对称加密（例如，使用 256 位密钥的 AES）来加密数据。对称加密计算效率高，非常适合大数据量传输。此外，数据还会使用基于哈希的消息认证码 (HMAC) 进行签名，以确保完整性。
一旦通信结束，会话密钥将被丢弃，并为下一次连接进行新的握手。
量子计算机利用类似Shor算法的算法，有可能破解广泛使用的非对称加密算法，例如RSA和椭圆曲线加密(ECC)，这些算法通常用于TLS密钥交换和身份验证。随着量子计算的到来，TLS加密将面临重大挑战。为了应对这一威胁，人们正在开发后量子密码(PQC)算法来抵御量子攻击，确保TLS和其他加密系统的长期安全。
2022 年，NIST发布了首批四项 PQC 标准，包括用于密钥封装的 CRYSTALS-Kyber 和用于量子安全密码数字签名的 CRYSTALS-Dilithium。
对于 TLS，集成 PQC 涉及更新密码套件和密钥交换机制。例如，混合密钥交换协议（将经典算法（例如 ECDHE）与抗量子算法（例如 Kyber）相结合）正在进行测试，以确保同时抵御经典和量子攻击。这些协议旨在保持与现有 TLS 实现的向后兼容性，但挑战包括计算开销增加、密钥大小增大（例如，Kyber 的公钥比 ECC 密钥大 10 倍），以及在过渡期间确保跨不同系统的无缝互操作性。
这些挑战可能会影响资源受限设备的性能，并影响其在服务器和客户端上的广泛采用。IETF 正在积极制定 TLS 的 PQC 标准，利用 TLS 1.3 扩展来支持量子安全算法。2024 年提出的“draft-ietf-tls-hybrid-design”等草案概述了混合密钥交换机制，旨在将量子安全算法集成到 TLS 1.3 中，确保向后量子安全时代的平稳过渡。各组织必须开始规划 PQC 的采用，包括升级硬件安全模块 (HSM)和审计加密清单，以始终领先于量子威胁。
2025年4月11日，CA/浏览器论坛批准了由苹果公司提出并得到谷歌、Mozilla和Sectigo等主要参与者支持的SC-081v3投票。该决议要求在2029年3月15日之前分阶段将TLS证书的最长有效期从398天缩短至47天。缩短有效期可以减少密钥泄露的风险，从而限制攻击者利用被盗或被盗证书的时间，从而增强安全性。此外，证书有效期缩短意味着需要更频繁地更新证书，通过确保定期更新和检查证书来改进监控和警报流程，同时，由于过期或被盗证书的替换速度更快，撤销流程也得以简化。
分阶段时间表如下：
2026 年 3 月 15 日：TLS 证书的最大有效期将缩短至 200 天。
2027 年 3 月 15 日：TLS 证书的最大有效期将缩短至 100 天。
2029 年 3 月 15 日：TLS 证书的最大有效期将缩短至 47 天。
CA/B 论坛的决定表明了业界对动态安全实践的承诺，但组织必须立即采取行动，采用自动化证书生命周期管理，例如 Encryption Consulting 的CertSecure Manager，并利用ACME（自动证书管理环境）协议实现无缝自动化，以避免中断。
揽阁信息作为Thales合作伙伴，我们提供的Luna HSM（硬件安全模块）与DigiCert TLM（TRUST LIFECYCLE MANAGER）的集成方案，可针对性解决上述风险：
1. 增强密钥安全管理
抗量子加密支持：Luna HSM提供量子安全加密算法（如后量子密码PQC），确保密钥在量子计算威胁下的长期安全性。
防泄露与篡改：通过FIPS 140-3 Level 3 认证的硬件保护密钥生命周期，防止物理或逻辑攻击导致的密钥泄露。
2. 自动化证书生命周期管理
无缝集成ACME协议：DigiCert TLM支持自动化证书申请、续签和部署，减少人工操作错误，确保47天周期内无缝过渡。
多平台适配：支持主流云服务（AWS、Azure）、Web服务器（Nginx、Apache）及网关设备，解决混合架构的兼容性问题。
3. 业务连续性与合规性保障
实时监控与预警：结合DigiCert的监控工具，实时跟踪证书状态，提前预警过期或配置错误，避免服务中断。
合规性强化：满足PCI DSS、GDPR等法规要求，通过审计日志和密钥隔离机制，降低合规风险。
4. 成本与效率优化
集中化管理：通过单一控制台管理所有证书和密钥，降低多CA环境下的协调成本。
减少运维负担：自动化流程减少人工干预，释放IT资源用于其他安全任务。
TLS 加密是互联网安全的基础，能够在日益严苛的数字环境中保护数据安全。从安全的握手流程到不断发展的密码套件，TLS 确保了数十亿日常交易的隐私性、真实性和完整性。
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