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互联网最重要的安全协议终于向前推进

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       互联网工程任务组（IETF）经过4年的讨论，起草了28份草案，近日最新TLS 1.3安全框架颁布 ，这是 TLS 协议的一次迭代改进。TLS 1.3将成为在客户端和服务器之间创建加密通信的标准，即HTTPS连接。TLS 1.3既能提高互联网用户的访问速度，又能增强安全性，同时大大提升HTTPS连接的速度性能。

TLS

       安全传输层协议（TLS），用于在两个通信应用程序之间提供保密性和数据完整性。TLS 自标准化至今已有近20年的时间，自1999年TLS 1.0标准颁布，到后来的TLS 1.1（2006年）和目前得到广泛使用的TLS 1.2（2008年），TLS 是目前保障网络传输安全最重要的安全标准之一。

       TLS 1.3相对此前的TLS 协议有何变化？

       TLS 1.3协议可分为握手协议和记录协议，前者负责密码组件的协商以及安全信道的建立，后者则是在已建立的安全信道中传输秘密信息。TLS 1.3设计的第一个重要目标就是避免之前版本存在的缺陷。TLS 1.3不再支持重协商握手模式；握手消息采取了加密操作；实现了握手协议和记录协议的密钥分离；实现了会话密钥与整个握手消息的绑定；记录层只能使用AEAD（Authenticated Encryption with Additional Data）认证加密模式。

       TLS 1.3相比TLS 1.2 的优势在于：

       TLS 1.3抛弃了老旧加密或哈希算法（例如MD5和SHA-224），而是选择更难以破解的较新加密算法，例如 ChaCha20、Poly1305、Ed25519、x25519 和 x448。

       TLS 1.3在协商客户端与服务器之间的初次握手时速度更快，减少了延迟。

       TLS 1.3还将支持 TLS False Start 和 Zero Round Trip Time（0-RTT）等功能，有助于缩短客户端此前与主机建立加密握手所需的时间。

TLS 1.3能防范降级攻击，防止攻击者欺骗服务器使用存在漏洞的较旧协议版本。

       TLS 1.2握手

       TLS 1.2 的握手与 TLS 1.0 和1.1类似，需要在客户端和服务器之间进行一系列的来回通信，步骤如下：

       第1步：整个连接/握手从客户端向服务器发送“客户端问候”消息开始。该消息包含加密信息，如支持的协议和密码套件。它也包含一个随机值或随机字节串。

       第2步：响应客户端的“客户端问候”消息，服务器以“服务器问候”消息予以响应。此消息包含服务器已从客户端提供的CipherSuite 中选择的 CipherSuite。服务器还会将证书、会话 ID 和另一个随机值一起发送。

       第3步：客户端验证服务器发送的证书。验证完成后，它会发送一个随机字符串，也称为“预主钥”（Pre-Master Secret），并使用服务器证书的公钥加密。

       第4步：一旦服务器收到预主钥，客户端和服务器都会生成一个主密钥以及会话密钥（临时密钥）。这些会话密钥将用于对称性加密数据。

       第5步：客户端向服务器发送“更改密码规范”消息，通过会话密钥的帮助让它知道它将切换到对称加密。与此同时，还会发送“客户端已完成”的消息。

       第6步：在响应客户端的“更改密码规范”消息时，服务器执行相同操作并将安全状态切换到对称加密。服务器通过发送“服务器已完成”消息来结束握手。

       TLS 1.3如何缩短握手时间？

       TLS 1.2在客户端和服务器之间进行了两次往返来完成握手。 平均而言，这需要0.25~0.5秒的时间。TLS 1.3 则合并了其中几步，简化了过程，步骤如下：

       第1步：与 TLS 1.2 握手类似，TLS 1.3 握手从“客户问候”消息开始，但却有了重大变化。客户端发送支持的密码套件，并猜测服务器可能会选择的密钥协商协议。客户端还会发送该特定密钥协商协议的密钥共享。

       第2步：在回复“客户端问候”消息时，服务器回复它所选择的密钥协商协议。 “服务器问候”消息还包含服务器的密钥共享、证书以及“服务器已完成”的消息。而 TLS 1.2 握手过程的第6步——“服务器完成”消息，将在 TLS 1.3 的第2步中完成，由此节省了四个步骤。

       第3步： 客户端检查服务器证书，生成密钥并发送“客户端已完成”的消息。数据加密由此开始。

       这样一来，TLS 1.3 握手节省了整个通信往返以及数百毫秒的时间。这个数字听起来或许差异不大，但曾有专家披露，延迟半秒会导致网站流量下降20%。

       TLS 1.3将改进互联网的安全性

       TLS 1.3 大大改进了互联网的安全性，被视为几乎不可能被破解的框架，至少利用今天的资源无法破解。

       此前，金融行业有人提出在协议结构中引入后门，因为新协议的安全实现方式使得他们无法分析流经内部网站的 TLS 1.3 加密流量，担心会导致更大的风险。但这项提议遭到专家的嘲笑，因为后门首先会让 TLS 1.3无效。

       Chrome、Edge、Firefox、 Pale Moon 等浏览器已支持 TLS 1.3 草案的早期版本，预计近期会进行更新以支持官方标准。

       虽然浏览器在实现 TLS 1.3 方面反应最积极，但主要问题还是老旧的互联网中间件设备，因为这些设备需要接收固件更新来支持新协议。

       Cloudflare 2017年12月进行的一项调查显示，TLS 1.3 仅占0.06%的互联网 HTTPS 流量，其主要原因在于许多不支持该协议中间件故意降级流量。