[每周一更]-(第106期)：DNS和SSL协作模式

什么是DNS？

DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的重要组成部分，其主要作用是将人类可读的域名（如 www.example.com）转换为机器可读的IP地址（如 192.0.2.1）。这一过程称为DNS解析。DNS类似于互联网的电话簿，通过查询DNS服务器获取相应的IP地址，从而实现网络通信。

DNS叫做域名系统：由解析器和域名服务器组成，域名服务器保存着该网络中所有主机的域名和对应的IP地址，域名有唯一对应的IP地址，但是IP地址不一定对应一个域名，我们就是根据DNS来上网的。

DNS解析过程

DNS解析的过程通常涉及以下几个步骤：

1. 客户端查询：用户在浏览器中输入域名，浏览器向本地DNS缓存查询是否存在该域名的IP地址。

2. 递归查询：如果本地缓存中没有，浏览器会向递归DNS服务器（通常是由ISP提供的）发起查询请求。

3. 根DNS服务器：递归DNS服务器首先查询根DNS服务器，获取顶级域（如 .com）的权威DNS服务器地址。

4. 顶级域DNS服务器：然后，递归DNS服务器查询顶级域DNS服务器，获取该域名注册商的权威DNS服务器地址。

5. 权威DNS服务器：最后，递归DNS服务器向权威DNS服务器查询，获取目标域名的IP地址。

6. 返回结果：递归DNS服务器将查询结果返回给客户端，客户端通过该IP地址与目标服务器建立连接。

DNS解析的底层逻辑

工作过程

• 浏览器：用户用来访问互联网的软件
• DNS 服务器：将域名转换为 IP 地址的服务器
• 缓存：存储最近查询结果的临时存储
• 授权的 DNS 服务器：包含要查询的域名的域名数据库的服务器
• IP 地址：用于标识互联网上设备的数字地址

DNS解析是互联网正常运作的关键机制之一，其底层逻辑涉及多个步骤和组件：

1. 域名层级结构：DNS采用层级结构，包括根域、顶级域（TLD）、二级域和子域。每一级都有相应的DNS服务器。

2. DNS服务器类型：

   • 根DNS服务器：位于顶层，维护顶级域（如 .com、.org、.net）的信息。
   • 顶级域DNS服务器（TLD）：维护特定顶级域下的域名信息。
   • 权威DNS服务器：维护特定域名的实际DNS记录（如A记录、CNAME记录）。
   • 递归DNS服务器：由ISP或第三方提供，负责递归查询，帮助客户端找到所需的IP地址。

3. DNS记录类型：

   • A记录：将域名映射到IPv4地址。
   • AAAA记录：将域名映射到IPv6地址。
   • CNAME记录：将一个域名别名映射到另一个域名。
   • MX记录：邮件交换记录，指向邮件服务器。
   • TXT记录：任意文本信息，一般用于域名验证。

4. DNS查询过程：

   • 本地缓存检查：客户端首先检查操作系统的DNS缓存。

   • 主机文件检查：检查系统的hosts文件。

   • 递归查询：如果缓存和主机文件没有匹配项，递归DNS服务器开始递归查询。

     1. 根服务器查询：递归服务器查询根DNS服务器，获取TLD服务器地址。
     2. TLD服务器查询：递归服务器查询TLD服务器，获取权威DNS服务器地址。
     3. 权威服务器查询：递归服务器查询权威DNS服务器，获取最终的IP地址。

   • 返回结果：递归DNS服务器将查询结果返回给客户端，客户端使用该IP地址与目标服务器建立连接。

什么是SSL？

SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）是一种安全协议，旨在为在计算机网络之间进行通信提供安全性。SSL现已被TLS（Transport Layer Security，传输层安全）取代，但仍常用“SSL”这一术语。SSL/TLS通过加密数据、验证服务器身份和确保数据完整性，保护用户与服务器之间的通信。

SSL证书

SSL证书是由受信任的证书颁发机构（CA）签发的数字证书，用于验证网站的身份并加密与该网站之间的通信。SSL证书包含以下信息：

• 域名
• 证书所有者的信息
• 证书颁发机构
• 公钥
• 有效期

SSL握手过程

SSL握手是客户端和服务器之间建立安全连接的过程，主要包括以下步骤：

1. 客户端问候：客户端发送支持的SSL/TLS版本、加密套件和其他信息给服务器。
2. 服务器回应：服务器选择SSL/TLS版本和加密套件，并发送服务器证书（包含公钥）给客户端。
3. 证书验证：客户端验证服务器证书的有效性和真实性，确保服务器的身份。
4. 密钥交换：客户端生成一个会话密钥，并使用服务器的公钥加密会话密钥，然后发送给服务器。
5. 建立安全连接：服务器使用私钥解密会话密钥，双方使用会话密钥加密后续通信。

SSL的底层逻辑

工作过程

• 客户端：用于访问网站或服务器的用户设备
• 服务器：托管网站或服务的计算机
• 数字证书：用于验证服务器身份的电子文件
• 加密套件：用于加密和解密通信的算法和协议
• 随机数：用于确保通信安全的一次性值
• 预主密钥：用于生成主密钥的随机值
• 主密钥：用于加密和解密通信的加密密钥
• TLS 协议：用于在客户端和服务器之间建立安全连接的协议

SSL/TLS协议是为了保护互联网通信而设计的，主要通过加密、认证和完整性检查来确保数据的安全性。其底层逻辑包括以下步骤：

1. 对称加密和非对称加密：
   • 对称加密：加密和解密使用相同的密钥，适合大量数据的快速加密。
   • 非对称加密：使用公钥加密，私钥解密，适合安全密钥交换。
2. SSL握手过程：
   1. 客户端问候（Client Hello）：客户端发送支持的SSL/TLS版本、加密套件、压缩方法和随机数。
   2. 服务器回应（Server Hello）：服务器选择SSL/TLS版本、加密套件，并发送服务器证书和随机数。
   3. 证书验证：客户端验证服务器证书的有效性和真实性，确保服务器身份。
   4. 密钥交换：客户端生成一个会话密钥（对称密钥），并使用服务器公钥加密会话密钥后发送给服务器。
   5. 服务器解密：服务器使用私钥解密会话密钥，并发送一个加密的完成握手消息给客户端。
   6. 握手完成：客户端和服务器使用会话密钥加密后续通信。
3. 数据传输：
   • 加密数据：使用会话密钥对数据进行加密。
   • 完整性校验：通过消息认证码（MAC）确保数据未被篡改。
   • 加密传输：加密后的数据通过网络传输到对端，对端使用会话密钥解密数据。

DNS与SSL的协同工作过程

DNS和SSL在建立安全的互联网通信中扮演着不同但互补的角色：

1. DNS解析：DNS负责将用户输入的域名转换为IP地址，确保用户连接到正确的服务器。
2. SSL证书验证：SSL证书验证确保用户连接的服务器身份真实，并对通信内容进行加密。

结合DNS和SSL，可以实现安全、可靠的网络通信。例如，当用户访问一个使用SSL证书的网站时：

1. 用户输入域名并发起DNS查询，获取目标服务器的IP地址。
2. 浏览器与目标服务器建立连接，并通过SSL握手过程验证服务器身份，建立安全连接。

DNS和SSL的协同工作过程确保了用户能够安全地访问目标网站：

1. 域名解析：
   • 用户在浏览器中输入域名，浏览器通过本地DNS缓存、主机文件、递归DNS服务器查询，最终获取目标服务器的IP地址。
   • 浏览器使用该IP地址与目标服务器建立连接。
2. SSL握手：
   • 浏览器与目标服务器建立TCP连接后，开始SSL握手过程。
   • 客户端发送Client Hello消息，服务器响应Server Hello消息，并发送服务器证书。
   • 客户端验证证书，并生成会话密钥，通过加密方式与服务器交换会话密钥。
   • 双方使用会话密钥加密后续通信。
3. 安全通信：
   • 所有传输的数据都经过加密，确保数据的机密性和完整性。
   • 双方通过加密通道进行安全的数据交换。

DNS解析和SSL/TLS协议是互联网安全和正常运作的基石。

• DNS负责将域名解析为IP地址，确保用户能够连接到正确的服务器；
• SSL/TLS通过加密和认证机制，保护用户数据在传输过程中的安全。