33C3 intromusiikki
Herald: Seuraava esitelmä käsittelee TLS 1.3 käyttöönottoa
ja sen esittävät Filippo Valsorda sekä Nick Sullivan,
jotka he molemmat työskentelevät Cloudflarelle.
Joten toivottakaamme lämpimästi tervetulleeksi Nick ja Filippo!
aplodeja
Filippo: Hei kaikki. Puheenaiheenamme tänään on TLS 1.3.
TLS 1.3 on tietenkin uusin versio TLS:stä, joka tulee sanoista
"Transport Layer Security". Se on ehkä tutuin
vihreästä lukon kuvasta selaimessa, tai vanhasta nimestään: SSL,
jota yritämme edeelleen tappaa. TLS on
läpinäkyvä turvallisuusprotokolla, joka voi turvallisesti tunneloida
mielivaltaista sovellusliikennettä. Sitä käyttävät tietenkin web-selaimet,
sitä käyttävät sähköpostipalvelimet turvaamaan keskinäistä
SMTP liikennettään. Sitä käyttävät Tor-solmut keskinäiseen kommunikointiinsa.
Mutta se kehittyi yli 20 vuoden ajan,
mutta pohjimmiltaan se koskee asiakasta ja palvelinta jotka haluavat kommunikoida
turvallisesti verkon yli. Kommunikoidakseen turvallisesti verkon yli
niiden täytyy luoda avainmateriaalia, sopia keskenään avainmateriaalista
molemmin puolin salatakseen tulevan liikenteen.
Se, miten avainmateriaalista sovitaan, hoidetaan vaiheessa, jota kutsumme
"kättelyksi". Kättelyssä on mukana julkisen avaimen kryptografiaa ja
dataa, jota lapioidaan asiakkaalta palvelimelle, palvelimelta asiakkaalle.
Tältä kättely näyttää TLS 1.2:ssa.
Asiakas aloittaa tanssit lähettämällä "Client Hello"-viestin,
jossa kertoo, mitä tuettuja parametreja se voi käyttää.
Palvelin vastaanottaa sen ja lähettää oman viestinsä, joka on
"Server Hello", joka sanoo "Selvä! Käytetään tätä salausalgoritmien yhdistelmää,
jota sanot tukevasi, ja tässä on minun avainosuuteni käytettäväksi
tässä avaintenvaihtoalgoritmissa. Lisäksi, tässä on sertifikaatti,
jonka on allekirjoittanut auktoriteetti, joka todistaa, että todellakin olen
Cloudflare.com. Ja tässä on allekirjoitus sertifikaatista todistamaan, että tämä
avainosuus on todellakin se, jota haluan sinun käyttävän avainten luomiseen."
Asiakas vastaan ottaa sen ja generoi oman avainosuutensa, eli oman puolensa
Diffie-Hellman avaintenvaihdosta, ja lähettää avainosuuden sekä
viestin kertoakseen: "Se oli siinä. Kättely on nyt paketissa".
Tätä kutsutaan "Finished" viestiksi. Palvelin vastaanottaa sen, luo
oman "Finished" viestinsä ja vastaa sillä. Eli
nyt voimme vihdoin lähettää sovellusdataa. Kerrataanpa vielä prosessi:
Asiakas -> Palvelin, Palvelin -> Asiakas; Asiakas -> Palvelin, Palvelin -> Asiakas.
Meidän täytyi tehdä 2 edestakaista matkaa asiakkaan ja palvelimen välillä ennen
mitään muuta. Emme ole lähettäneet tavuakaan sovelluskerroksella
ennen tätä. Tämä tietenkin matkapuhelinverkoissa
tai tietyissä maailmankolkissa voi kerryttää
satojen millisekuntien viiveen. Ja tämä täytyy tehdä
joka kerta, kun uutta yhteyttä avataan. Joka kerta asiakkaan ja palvelimen
täytyy kulkea kahdesti välinsä luodakseen avaimet ennen
kuin yhteyttä voi oikeasti käyttää. TLS 1.1
ja 1.0 eivät eronneet suuresti 1.2:sta. Voisikin kysyä: miksi sitten
pitää kokonainen esitys TLS 1.3:sta, joka on luultavasti vain taas yksi
iteraatio samasta konseptista? No, TLS 1.3 on oikeasti iso uudelleensuunnittelu.
Erityisesti kättely on uudelleen järjestetty. Ja tämän näkyvin tulos
on se, että yksi kokonainen edestakainen matka on karsittu pois.
Eli, tältä näyttää TLS 1.3-kättely.
Kuinka 1.3 poistaa edestakaisen matkan? Miten se pystyy siihen? Se kykenee siihen
ennustamalla, mitä avaintenvaihtoalgoritmia
palvelin tulee käyttämään, ja lähettämällä ennakkoon avainosuuden
tuota algoritmia varten palvelimelle. Eli ensimmäisessä viestissä meillä oli
"Client Hello", tuetut parametrit ja avainosuus algoritmille,
josta asiakas uskoo palvelimen pitävän. Palvelin vastaanottaa viestin
ja jos kaikki menee hyvin, se ajattelee: "Ah! Okei! Tykkään tästä avainosuudesta.
Tässä on oma avainosuuteni samaa algoritmia varten, ja tässä muut
parametrit, joita meidän tulisi käyttää." Se välittömästi sekoittaa avainosuudet
saadakseen jaetun yhteisen avaimen, koska nyt sillä on molemmat avainosuudet -
asiakkaan ja palvelimen - ja lähettää taas sertifikaatin ja allekirjoituksen
sertifikaatista, ja sitten välittömästi lähettää "Finished"-viestin, koska
se ei tarvitse mitään muuta asiakkaalta. Asiakas vastaanottaa tuon, ottaa
avainosuuden, luo jaetun yhteisen avaimen ja lähettää oman "Finished" viestinsä,
ja on valmis lähettämään sitä sovellus- dataa, jota olikaan lähettämässä.
Esimerkiksi HTTP-pyyntösi. Nyt prosessi meni näin:
Asiakas -> Palvelin, Palvelin -> Asiakas.
Ja olemme valmiita lähettämään sovelluskerroksen dataa. Eli, jos olit
avaamassa HTTPS-yhteyttä, selaimesi
ei tarvitse odottaa nelinkertaista viivettä, nelinkertaista pingiä. Sen täytyy
odottaa vain kaksinkertainen, ja tämä tietysti säästää satoja millisekunteja
viivettä kun avataan uusia yhteyksiä. Tämä oli onnellinen tapaus.
Näin käy kun ennustus osuu oikeaan ja palvelin tykkää asiakkaan
avainosuudesta. Jos palvelin ei tue avainosuutta, jonka
asiakas lähetti, se lähettää kohteliaan pyynnön käyttää jotain toista algoritmiä,
jota asiakas sanoi tukevansa. Tätä viestiä kutsutaan nimellä "Hello Retry Request".
Siinä on eväste, joten se voi olla tilaton mutta periaatteessa se on varakeino,
jolla palataan käytännössä TLS 1.2 kaltaiseen kättelyyn. Eikä se ole kovin
vaikea toteuttaa, koska asiakas jatkaa uudella "Client Hello":lla, joka näyttää
periaattessa täysin samalta kuin täysin tuorekin. Nyt...
Tässä kohtaa olen valehdellut. TLS 1.2 ei aina ole 2 edestakaista matkaa.
Suurin osa yhteyksistä, joita näemme esimerkiksi Cloudflaren reunalta ovat
istunnon jatkamisia. Eli asiakas on ollut yhteydessä k.o. sivustolle aiemmin.
Ja voimme käyttää tätä, voimme hyödyntää tätä ja tehdä kättelystä nopeamman.
Tämä tarkoittaa, että asiakas muistaa jotain avainmateriaalista, jotta pystyy
avaamaan seuraavan yhteyden vain yhdellä edestakaisella matkalla myös TLS 1.2:ssa.
Eli tältä se näyttää. Tässä on normaali TLS 1.2 täysi kahden edestakaisen
matkan yhteys. Ja tässä palvelin lähettää lipun uutta istuntoa varten. Istuntolippu
ei ole sen kummempi kuin salattu kapseloitu blob sisältäen avainmateriaalia
jonka asiakas säilyttää. Lippu on salattu ja allekirjoitettu avaimella,
jonka vain palvelin tietää. Eli se on täysin läpinäkymätön asiakkaalle.
Mutta asiakas säilyttää sen sekä yhteyden avainmateriaalin,
jotta seuraavan kerran kun se avaa yhteyttä samalle sivustolle
se lähettää "Client Hello":n ja istuntolipun.
Jos palvelin tunnistaa lipun, se purkaa salauksen ja löytää sisältä
avainmateriaalin. Ja nyt, vain yhden edes- takaisen matkan jälkeen, palvelimella on
yhteistä avainmateriaalia asiakkaan kanssa koska asiakas säilytti sen viime kerrasta
ja palvelin juuri purki sen salatusta istuntolipusta.
Ok? Eli nyt palvelimella on jo käytet- tävissä yhteisiä jaettuja avaimia ja se
lähettää "Finished" viestin ja asiakas vastaa "Finished" viestillä ja pyynnöllä.
Eli tämä on TLS 1.2. Tätä tapahtuu jo joka päivä useimpien
modernien TLS-yhteyksien kanssa.
TLS 1.3-istunnon jatkaminen ei ole kovin erilainen. Siinäkin on istuntolipun käsite
Istuntolipun sisällön nimi on muutettu "PSK":ksi, mutta se tulee vain sanoista
"Pre-shared Key", koska sitähän se on: pelkkää avainmateriaalia, josta
oli sovittu aiemmin. Ja se toimii samalla tavalla:
palvelin vastaanottaa istuntolipun, purkaa salauksen ja hyppää
"Finished" viestiin.
Ongelma istunnon jatkamisessa on se, että jos hyökkääjällä on hallussaan
istuntolippu - eli avain, jota palvelin käyttää salamaan istuntolipun,
jonka sisällä avainmateriaali on -
hyökkääjä voi passiivisesti, tai jopa tulevaisuudessa kaapatun yhteyden
tapauksessa, purkaa istuntolipun "Client Hello":sta, löytää sieltä PSK:n
ja käyttää sitä purkamaan koko yhteyden salauksen. Tämä ei ole hyvä.