工作中需要建立一套HSM的HTTPS双向认证通道，即通过硬件加密机（Ukey）进行本地加密运算的HTTPS双向认证，和银行的UKEY认证类似。
NodeJS可以利用openSSL的HSM plugin方式实现，但是需要编译C++，太麻烦，作者采用了利用Node Socket接口，纯JS自行实现Https/Http协议的方式实现
具体实现可以参考如下 node-https-hsm
TLS规范自然是参考RFC文档 The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2
概述
本次TLS双向认证支持以下加密套件(*为建议使用套件):
TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256(TLS v1.2) *
TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256(TLS v1.2) *
TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA(TLS v1.1)
TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA(TLS v1.1)
四种加密套件流程完全一致，只是部分算法细节与报文略有差异，体现在
AES_128/AES_256的会话AES密钥长度分别为16/32字节。
TLS 1.1 在计算finish报文数据时，进行的是MD5 + SHA1的HASH算法，而在TLS v1.2下，HASH算法变成了单次SHA256。
TLS 1.1 处理finish报文时的伪随机算法(PRF)需要将种子数据为分两块，分别用 MD5 / SHA1 取HASH后异或，TLS 1.2 为单次 SHA256。
TLS 1.2 的 CertificateVerify / ServerKeyExchange 报文末尾新增2个字节的 Signature Hash Algorithm，表示 hash_alg 和 sign_alg。
目前业界推荐使用TLS v1.2， TLS v1.1不建议使用。
流程图
以下为 TLS 完整握手流程图
* =======================FULL HANDSHAKE====================== * Client Server * * ClientHello --------> * ServerHello * Certificate * CertificateRequest * <-------- ServerHelloDone * Certificate * ClientKeyExchange * CertificateVerify * Finished --------> * change_cipher_spec * <-------- Finished * Application Data <-------> Application Data
流程详解
客户端发起握手请求
TLS握手始于客户端发起 ClientHello 请求。
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
服务器端回应客户端握手请求
服务器端收到 ClientHello 后，如果支持客户端的TLS版本和算法要求，则返回 ServerHello, Certificate, CertificateRequest, ServerHelloDone 报文
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
客户端收到服务器后响应
客户端应校验服务器端证书，通常用当用本地存储的可信任CA证书校验，如果校验通过，客户端将返回 Certificate, ClientKeyExchange, CertificateVerify, change_cipher_spec, Finished 报文。
CertificateVerify 报文中的签名为 Ukey硬件签名 , 此外客户端证书也是从Ukey读取。
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
Finished 报文生成过程中，将产生会话密钥 master secret，然后生成Finish报文内容。
master_secret = PRF(pre_master_secret, "master secret", ClientHello.random + ServerHello.random) verify_data = PRF(master_secret, 'client finished', Hash(handshake_messages))
PRF为TLS v1.2规定的伪随机算法, 此例子中，HMAC算法为 SHA256