简介TLS 1.3

0x00 前言

最近在阅读论文，其中阅读了 WWW2021的一篇文章“TLS 1.3 in Practice: How TLS 1.3 Contributes to the Internet”。在本篇文章中，作者对当下TLS 1.3在实际中的采用率、安全性、性能和实现进行了大规模的测量。下面是对TLS 1.3 的一些优势与特性的总结。

论文下载地址：https://yonghwi-kwon.github.io/data/tls_www21.pdf

0x01 什么是TLS？

TLS代表传输层安全性并且是SSL（安全套接字层）的后继者。TLS提供了Web浏览器和服务器之间的安全通信。连接本身是安全的，因为使用对称密码术对传输的数据进行加密。密钥是为每个连接唯一生成的，并且基于在会话开始时协商的共享机密（也称为TLS握手）。

0x02 TLS 1.3 &&TLS 1.2

在过去十年中，部署了最新的TLS版本1.3 ，解决了其前身(即TLS 1.2 )的关键漏洞，如BEAST和FREAK攻击。TLS 1.3的标准化工作始于2013年8月，随着安全性和性能的提高，于2018年8月完成。

安全性提高

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. 兼容中间设备 TLS 1.2；
6. 加密握手消息。

另外，TLS 1.2容易受到中间人攻击和降级攻击（FREAK）。TLS 1.3 弥补了TLS 1.2 的缺陷，使其不易受到攻击。

降级攻击（FREAK）原理

主要原因，TLS1.2 握手部分协商使用哪种密码，并没有进行加密数字签名。而 TLS 1.3 对握手信息进行了加密处理。

Phase 1：在客户端发出的Hello消息中，它会请求标准的加密，中间人攻击者会改变请求内容，转而请求“40 bit 密钥的出口级的加密算法”（弱加密算法）

Phase 2：服务端会回复一个出口级的密钥，由于OpenSSL/Secure传输的bug，客户端会接受这个存在漏洞的密钥

Phase 3：攻击者进行爆破40bit密钥，以便能够伪造mac，进行消息修改。详见TLS 1.2 握手过程.

Phase 4：服务端进行响应消息，中间攻击者可以查看.

所有的流量都使用弱加密算法，并将经过中间人，中间人可以随意查看与修改。

Export 加密算法

Export是一种老旧的弱加密算法，是被美国法律标示为可出口的加密算法，其限制对称加密最大强度位数为40位，限制密钥交换强度为最大512位。这是一个现今被强制丢弃的算法。

性能提高

TLS和加密连接在网络性能方面总是会增加一些开销。HTTP / 2确实可以解决此问题，但是TLS 1.3通过诸如TLS错误启动和零往返时间（0-RTT）之类的功能，甚至可以进一步提高加密连接的速度。

1-RTT模式

简而言之，对于TLS 1.2，需要两次往返来完成TLS握手。在1.3版本中，它只需要一个往返， 这反过来又将加密延迟减少了一半。这有助于使那些加密的连接比以前更灵活。

具体来说，在TLS 1.2的第二次往返中，客户机Hello和服务器Hello消息与密钥交换消息相结合。

0-RTT恢复

TLS1.3通过引入early_data扩展0-RTT恢复与先前访问的网站的会话 ，对于恢复的会话，在发送应用程序数据之前没有握手过程。它允许客户端将应用程序数据与第一个握手消息一起发送。相比之下，TLS 1.2在发送应用程序数据之前需要一个RTT。

在TLS 1.2中，有两种恢复连接的方法：会话ID和会话票据。TLS 1.3把这俩结合在一起形成了新模式,称为PSK（预共享密钥）恢复。具体是，在建立会话之后，客户端和服务器可以派生一个共享的密钥，叫做“恢复主密钥”。可以将其存储在服务器上（会话ID的形式），也可以使用仅服务器已知的密钥进行加密（会话票据形式）。此会话票据将发送给客户端，并在恢复连接时进行交换。

对于恢复连接，双方共享恢复的主密钥，不需要进行密钥交换。客户端下一次连接到服务器时，它可以从上一个会话中获取密钥，并使用它来加密应用程序数据和会话票据一起发送到服务器。具体如图:

0-RTT恢复不具有前向安全性，且消息可能被用作重放攻击，所以安全性较低，需慎重使用。

0-RTT 重放攻击原理

这里借用cloudflare的原理图

如果攻击者捕获了发送到服务器的0-RTT数据包，则他们可以重放该数据包，并且服务器可能会将其视为有效。这可能会产生负面后果。

0x03 参考文献

TLS 1.3 in Practice: How TLS 1.3 Contributes to the Internet

详细了解RFC 8446（又名TLS 1.3）

TLS Session Resumption: Full-speed and Secure

“历史遗留”漏洞：浅析新型SSL/TLS漏洞FREAK

HTTPS 温故知新（三） —— 直观感受 TLS 握手流程(上)

TLS 详解握手流程