NodeJS Https HSM双向认证 详解NodeJS Https HSM双向认证实现

* =======================FULL HANDSHAKE======================
 * Client                        Server
 *
 * ClientHello         -------->
 *                         ServerHello
 *                         Certificate
 *                     CertificateRequest
 *               <--------   ServerHelloDone
 * Certificate
 * ClientKeyExchange
 * CertificateVerify
 * Finished           -------->
 *                     change_cipher_spec
 *               <--------       Finished
 * Application Data       <------->   Application Data

struct {
  uint32 gmt_unix_time; // UNIX 32-bit format, UTC时间
  opaque random_bytes[28]; // 28位长度随机数
} Random; //随机数

struct {
  ProtocolVersion client_version; // 支持的最高版本的TLS版本
  Random random; // 上述随机数
  SessionID session_id; // 会话ID，新会话为空
  CipherSuite cipher_suites<2..2^16-2>; // 客户端支持的所有加密套件，上述四种
  CompressionMethod compression_methods<1..2^8-1>; // 压缩算法
  select (extensions_present) { // 额外插件，为空
    case false:
      struct {};
    case true:
      Extension extensions<0..2^16-1>;
  };
} ClientHello; // 客户端发送支持的TLS版本、客户端随机数、支持的加密套件等信息

struct {
  ProtocolVersion server_version; // 服务端最后决定使用的TLS版本
  Random random; // 与客户端随机数算法相同，但是必须是独立生成，与客户端毫无关联
  SessionID session_id; // 确定的会话ID
  CipherSuite cipher_suite; // 最终决定的加密套件
  CompressionMethod compression_method; // 最终使用的压缩算法
  select (extensions_present) { // 额外插件，为空
    case false:
      struct {};
    case true:
      Extension extensions<0..2^16-1>;
  };
} ServerHello; // 服务器端返回最终决定的TLS版本，算法，会话ID和服务器随机数等信息

struct {
  ASN.1Cert certificate_list<0..2^24-1>; // 服务器证书信息
} Certificate; // 向客户端发送服务器证书

struct {
  ClientCertificateType certificate_types<1..2^8-1>; // 证书类型，本次握手为 值固定为rsa_sign 
  SignatureAndHashAlgorithm supported_signature_algorithms<2^16-1>; // 支持的HASH 签名算法
  DistinguishedName certificate_authorities<0..2^16-1>; // 服务器能认可的CA证书的Subject列表
} CertificateRequest; // 本次握手为双向认证，此报文表示请求客户端发送客户端证书

struct {

} ServerHelloDone // 标记服务器数据末尾，无内容

struct {
  ASN.1Cert certificate_list<0..2^24-1>; // 服务器证书信息
} Certificate; // 向服务器端发送客户端证书

struct {
  select (KeyExchangeAlgorithm) {
    case rsa:
      EncryptedPreMasterSecret; // 服务器采用RSA算法，用服务器端证书的公钥，加密客户端生成的46字节随机数（premaster secret）
    case dhe_dss:
    case dhe_rsa:
    case dh_dss:
    case dh_rsa:
    case dh_anon:
      ClientDiffieHellmanPublic;
  } exchange_keys;
} ClientKeyExchange; // 用于返回加密的客户端生成的随机密钥（premaster secret）

struct {
  digitally-signed struct {
    opaque handshake_messages[handshake_messages_length]; // 采用客户端RSA私钥，对之前所有的握手报文数据，HASH后进行RSA签名
  }
} CertificateVerify; // 用于服务器端校验客户端对客户端证书的所有权

struct {
  enum { change_cipher_spec(1), (255) } type; // 固定值0x01
} ChangeCipherSpec; // 通知服务器后续报文为密文

struct {
  opaque verify_data[verify_data_length]; // 校验密文，算法PRF(master_secret, 'client finished', Hash(handshake_messages))
} Finished; // 密文信息，计算之前所有收到和发送的信息(handshake_messages)的摘要，加上`client finished`, 执行PRF算法

master_secret = PRF(pre_master_secret, "master secret", ClientHello.random + ServerHello.random)
verify_data = PRF(master_secret, 'client finished', Hash(handshake_messages))

PRF(secret, label, seed) = P_<hash>(secret, label + seed)

P_hash(secret, seed) = HMAC_hash(secret, A(1) + seed) +
            HMAC_hash(secret, A(2) + seed) +
            HMAC_hash(secret, A(3) + seed) + ...
// A(0) = seed
// A(i) = HMAC_hash(secret, A(i-1))

struct {
  enum { change_cipher_spec(1), (255) } type; // 固定值0x01
} ChangeCipherSpec; // 通知服务器后续报文为密文

struct {
  opaque verify_data[verify_data_length]; // 校验密文，算法PRF(master_secret, 'server finished', Hash(handshake_messages))
} Finished; // 密文信息，计算之前所有收到和发送的信息(handshake_messages)的摘要，加上`server finished`, 执行PRF算法