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科普 TLS 1.3 — 新特性

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明月登楼的博客
发布2019-05-15 16:27:18
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发布2019-05-15 16:27:18
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TLS 1.3 协议针对安全强化及效率提升等方面进行了大量修改,相继推出 20 多个草案版本,即将完成最终的标准化。标准完成后,OpenSSL 组织将推出 OpenSSL 1.1.1 版本,对 TLS1.3 协议标准提供支持。

在谈 TLS 1.3 之前,我们先来看下 TLS 1.2 的工作模式,如图所示是 TLS 1.2 客户端和服务端交互的过程,如图所示:

我们也可以通过 Wireshark 抓包得到的数据

以 ECDHE 密钥交换算法为例,TLS1.2 协议完整的 SSL 握手过程如下:

第一步,首先客户端发送 ClientHello 消息,该消息中主要包括客户端支持的协议版本、加密套件列表及握手过程需要用到的 ECC 扩展信息;

第二步,服务端回复 ServerHello,包含选定的加密套件和 ECC 扩展;发送证书给客户端;选用客户端提供的参数生成 ECDH 临时公钥,同时回复 ServerKeyExchange 消息;

第三步,客户端接收 ServerKeyExchange 后,使用证书公钥进行签名验证,获取服务器端的 ECDH 临时公钥,生成会话所需要的共享密钥;生成 ECDH 临时公钥和 ClientKeyExchange 消息发送给服务端;

第四步,服务器处理 ClientKeyExchange 消息,获取客户端 ECDH 临时公钥;服务器生成会话所需要的共享密钥;发送密钥协商完成消息给客户端;

第五步,双方使用生成的共享密钥对消息加密传输,保证消息安全。

可以看到,TLS1.2 协议中需要加密套件协商、密钥信息交换、ChangeCipherSpec 协议通告等过程,需要消耗 2-RTT 的握手时间,这也是造成 HTTPS 协议慢的一个重要原因之一。

我们来看下 TLS 1.3 的的交互过程,如图所示:

其抓包得到的数据流如下:

在 TLS 1.3 中,客户端首先不仅发送 ClientHello 支持的密码列表,而且还猜测服务器将选择哪种密钥协商算法,并发送密钥共享,这可以节省很大一部分的开销,从而提高了速度。

TLS1.3 提供 1-RTT 的握手机制,还是以 ECDHE 密钥交换过程为例,握手过程如下。将客户端发送 ECDH 临时公钥的过程提前到 ClientHello,同时删除了 ChangeCipherSpec 协议简化握手过程,使第一次握手时只需要 1-RTT,来看具体的流程:

客户端发送 ClientHello 消息,该消息主要包括客户端支持的协议版本、DH 密钥交换参数列表 KeyShare;

服务端回复 ServerHello,包含选定的加密套件;发送证书给客户端;使用证书对应的私钥对握手消息签名,将结果发送给客户端;选用客户端提供的参数生成 ECDH 临时公钥,结合选定的 DH 参数计算出用于加密 HTTP 消息的共享密钥;服务端生成的临时公钥通过 KeyShare 消息发送给客户端;

客户端接收到 KeyShare 消息后,使用证书公钥进行签名验证,获取服务器端的 ECDH 临时公钥,生成会话所需要的共享密钥;

双方使用生成的共享密钥对消息加密传输,保证消息安全。

如果客户端之前已经连接,我们有办法在 1.2 中进行 1-RTT 连接,而在 TLS 1.3 中允许我们执行 0-RTT 连接,如图所示:

需要说明的是,如需查看 TLS 1.3 的报文,需要使用 2.5 版本的 wireshark,可以去 www.wireshark.org/download/automated下载

TLS 1.3 的新特性

  1. 废除不支持前向安全性的 RSA 和 DH 密钥交换算法;
  2. MAC 只使用 AEAD 算法;
  3. 禁用 RC4 / SHA1 等不安全的算法;
  4. 加密握手消息;
  5. 减少往返时延 RTT,支持 0-RTT;
  6. 兼容中间设备 TLS 1.2;
  7. 加密握手消息;

TLS1.2 及之前版本的协议中各种扩展信息在 ServerHello 中以明文方式发送,但是 TLS 1.3 协议要求 ServerHello 消息之后的握手信息都需要加密。

△ TLS1.2

△ TLS1.3

至于服务器端和浏览器里开启支持 TLSv1.3,大家可以参考【时隔快半年再次体验 HTTPS 的 TLSv1.3 协议】和【又拍云 CDN 的 HTTPS 已率先支持 TLS 1.3】一文即可,具体的 TLSv1.3 效果,大家浏览本博客即可体验的,验证的话只需要通过谷歌浏览器的开发者工具(按 F12 可调出)在 Security 下即可看到当前页面的支持情况了,记得要开启 Chrome 浏览器的 TLSv1.3 支持哦,开启后等待缓存更新即可!

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原始发表:2018-08-01,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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