TLS – что это

TLS: шифрование данных

Протокол TLS (Transport Layer Security) использует различные технологии для шифрования данных в целях обеспечения их конфиденциальности и защиты от несанкционированного доступа. Итак, как происходит сам процесс:

• Когда клиент и сервер устанавливают соединение, они сначала выполняют процедуру рукопожатия. В ходе этой процедуры обмениваются параметрами и информацией, необходимой для установки безопасного канала связи.
• Клиент и сервер договариваются о том, какие алгоритмы шифрования и другие параметры будут использоваться в текущем сеансе. Это включает в себя выбор методов шифрования для конфиденциальности данных и алгоритмов для обеспечения целостности данных.
• Один из важных шагов в рукопожатии TLS – это обмен ключами. Обычно используется асимметричное шифрование, где клиент и сервер обмениваются публичными ключами. Эти ключи затем используются для установки секретного ключа (симметричного ключа) для дальнейшего шифрования и расшифровки данных.
• Данные между клиентом и сервером начинают передаваться по симметричному ключу, который используется для шифрования и расшифровки данных в процессе их передачи.
• Каждое сообщение, передаваемое между клиентом и сервером, шифруется с использованием установленного симметричного ключа. Это включает в себя как шифрование самого содержимого сообщения, так и добавление данных для обеспечения целостности (HMAC, hash-based message authentication code).
• TLS также гарантирует целостность передаваемых данных. Для этого используется HMAC, который создается на основе хэша и ключа, обеспечивая проверку целостности данных при их приеме.

Этот протокол обеспечивает шифрование данных в процессе передачи, обеспечивая конфиденциальность и целостность информации между клиентом и сервером.

Алгоритмы шифрования в TLS

В этом протоколе используются различные алгоритмы шифрования для обеспечения конфиденциальности данных. Приведем примеры:

AES (Advanced Encryption Standard)

• Является симметричным алгоритмом блочного шифрования, выбранным Национальным Институтом Стандартов и Технологий (NIST) в 2001 году. Он предоставляет высокий уровень безопасности и эффективности, а также поддерживается множеством программного и аппаратного обеспечения.
• Может работать в различных режимах, таких как CBC (Cipher Block Chaining), GCM (Galois/Counter Mode) и других. Режим GCM часто используется в сочетании с TLS для обеспечения и конфиденциальности, и целостности данных.

3DES (Triple Data Encryption Standard)

• Представляет собой симметричный алгоритм блочного шифрования, который является улучшенной версией оригинального DES. 3DES использует три ключа для выполнения тройного шифрования и обеспечивает более высокий уровень безопасности по сравнению с DES.
• Хотя и был широко использован в прошлом, в настоящее время не рекомендуется для использования в новых системах из-за относительно низкой производительности и некоторых теоретических уязвимостей.

ChaCha20-Poly1305

• ChaCha20 – это потоковый шифр, а Poly1305 – это аутентификационный код на основе хэш-функции. Они часто используются в сочетании в режиме шифрования с аутентификацией (AEAD) для обеспечения как конфиденциальности, так и целостности данных.
• Является более современным алгоритмом и обеспечивает хорошую производительность, надежную безопасность и защиту от атак, таких как атаки на времени (timing attacks).

Выбор конкретного алгоритма зависит от поддержки сервера и клиента, а также от согласования параметров в процессе рукопожатия (handshake) в протоколе TLS. Обычно сервер и клиент выбирают наилучший общий алгоритм шифрования в зависимости от их возможностей.

Принцип работы TLS

Протокол обеспечивает безопасную передачу данных в сети, гарантируя конфиденциальность, целостность и аутентификацию. Как же он работает?

• Процесс начинается с рукопожатия между клиентом и сервером. В ходе рукопожатия они устанавливают параметры для безопасного соединения, обмениваются информацией о поддерживаемых алгоритмах шифрования, генерируют ключи и подтверждают свою аутентичность.
• Клиент отправляет серверу список поддерживаемых алгоритмов шифрования, и сервер выбирает один из них. Это включает в себя выбор алгоритма для шифрования данных, алгоритма для обеспечения целостности данных (часто используется HMAC), а также метода обмена ключами.
• Выполняется обмен публичными ключами для установления секретного симметричного ключа. Обычно используется асимметричное шифрование для безопасного обмена ключами.
• Устанавливается безопасная сессия. Сессионные ключи используются для шифрования и расшифровки данных, обеспечивая конфиденциальность информации.
• Когда безопасная сессия установлена, все данные, передаваемые между клиентом и сервером, шифруются и расшифровываются с использованием установленного сессионного ключа. Это обеспечивает конфиденциальность передаваемой информации.
• В зависимости от конфигурации TLS может обеспечивать аутентификацию сторон. Это может включать в себя аутентификацию сервера (SSL-сертификат), клиента (например, при использовании веб-сервисов, таких как клиентские сертификаты), или обеих сторон.
• Для обеспечения целостности данных в каждом сообщении применяются механизмы хэширования (например, HMAC). Это позволяет обнаруживать любые изменения в передаваемых данных.
• По завершении обмена данными или по истечении времени сеанс завершается. В ходе завершения сеанса также могут обмениваться дополнительными сообщениями, такими как «Finished» для подтверждения завершения.

TLS предоставляет множество уровней безопасности и гибких настроек, что делает его важным инструментом для обеспечения безопасности во многих протоколах и приложениях, включая HTTPS для веб-браузеров, почтовые протоколы и другие.

Механизм возобновления сессий

Механизм возобновления сессий (Session Resumption) в протоколе Transport Layer Security позволяет устанавливать новые защищенные сеансы на основе ранее установленных безопасных сессий, что может улучшить производительность и снизить нагрузку на ресурсы.

• В ходе обычного рукопожатия (handshake) при установлении первоначальной безопасной сессии устанавливаются сессионные ключи и другие параметры для шифрования данных.
• Параметры сессии (включая сессионные ключи) сохраняются сторонами, обеспечивая их последующую возможность воспользоваться этой информацией для возобновления сессии в будущем.
• Когда стороны решают установить новую защищенную сессию, они могут использовать сохраненные параметры сессии вместо повторного выполнения полного рукопожатия. Это может быть особенно полезно в случаях, когда клиент повторно подключается к тому же серверу.
• Поскольку в процессе возобновления сессий не требуется полного обмена ключами и другой информацией, это позволяет существенно сократить количество передаваемых данных и уменьшить вычислительную нагрузку на сервер и клиент. В результате улучшается производительность и снижается задержка при установлении нового защищенного соединения.

Механизм возобновления сессий особенно полезен в сценариях, где клиенты часто подключаются к одному и тому же серверу, например, при многократных запросах к веб-сайту. Он может быть реализован различными способами, включая сохранение сессионных параметров на стороне сервера или использование специальных токенов для идентификации сохраненных сессий.

Защита от атак типа man-in-the-middle

TLS предназначен для обеспечения безопасной передачи данных в сети, включая защиту от атак типа «man-in-the-middle» (MITM). Такая атака происходит, когда злоумышленник встраивается в коммуникационный канал между двумя узлами и перехватывает или изменяет передаваемые данные.

Как осуществляется защита:

• Одной из основных функций TLS является шифрование данных между клиентом и сервером. Если злоумышленник перехватывает данные в процессе передачи, он увидит только зашифрованный текст, который без соответствующего ключа крайне сложно или практически невозможно расшифровать.
• TLS позволяет сторонам взаимно аутентифицировать друг друга в ходе процесса рукопожатия. Например, сервер предоставляет свой SSL-сертификат, который может быть проверен клиентом. Это обеспечивает клиенту уверенность в том, что он связывается именно с тем сервером, с которым он хочет общаться.
• Использование SSL-сертификатов в TLS обеспечивает доверие истинной идентичности сервера. Клиент проверяет подпись SSL-сертификата, чтобы удостовериться в его подлинности. Если злоумышленник подделывает сертификат, клиент будет предупрежден об этом.
• Для обмена ключами в процессе рукопожатия, TLS может использовать протоколы, такие как Diffie-Hellman, который позволяет сторонам согласовать общий секретный ключ, не раскрывая его злоумышленникам, даже если они перехватывают процесс обмена.
• В TLS включено использование хэш-функций и кодов аутентификации сообщений (HMAC), что позволяет проверить целостность данных. Если кто-то пытается изменить переданные данные, изменится и результат хэширования, что будет замечено на другом конце связи.
• Браузеры и клиенты TLS строго проверяют SSL-сертификаты на предмет их действительности, подлинности и правильности цепочки сертификации. Если сертификат не проходит проверку, клиент может предупредить пользователя или даже отказаться от установки безопасного соединения.

Все эти меры совместно обеспечивают эффективную защиту от атак MITM в рамках протокола TLS. Однако важно также следить за обновлением протокола и поддержкой безопасных версий, чтобы минимизировать риски новых угроз и уязвимостей.

Версии TLS

Время от времени выпускаются новые версии протокола Transport Layer Security для улучшения безопасности и функциональности. Рассмотрим каждую.

TLS 1.0:

• Год выпуска: 1999.
• Это первая версия протокола, представившая TLS в качестве замены более старого протокола SSL. Предоставляет базовые механизмы шифрования и аутентификации.

TLS 1.1:

• Год выпуска: 2006.
• Внес изменения по сравнению с TLS 1.0 для улучшения безопасности. Например, добавлены новые методы хэширования и поддержка защиты от атак, таких как атаки на отказ в обслуживании (DoS).

TLS 1.2:

• Год выпуска: 2008.
• Это существенное обновление, предоставляющее более сильные алгоритмы шифрования и поддержку более безопасных методов обмена ключами. Внедрены дополнительные меры безопасности, такие как аутентификация алгоритмов шифрования и расширенные функции контроля целостности.

TLS 1.3:

• Год выпуска: 2018.
• Это самая последняя версия и представляет собой крупный шаг вперед в обеспечении безопасности и производительности. В TLS 1.3 убраны устаревшие и уязвимые протоколы, улучшены процессы рукопожатия, сократились задержки, и внедрены более современные алгоритмы шифрования. Все это способствует улучшению безопасности и производительности соединений TLS.

В настоящее время рекомендуется использовать TLS 1.3, поскольку это наиболее современная и безопасная версия протокола. Если по каким-то причинам TLS 1.3 недоступен, то следует использовать TLS 1.2. Избегайте использования устаревших версий, так как они могут быть уязвимы к некоторым атакам. Они не обеспечивают тот же уровень безопасности, что и более новые.

Выбор версии TLS также зависит от требований конкретного приложения, сервера или сетевого оборудования. Важно поддерживать обновленное программное обеспечение и следить за рекомендациями по безопасности.

Уязвимости TLS

Данный протокол является важным инструментом для обеспечения безопасной передачи данных в интернете. Однако он не является абсолютно идеальным, и в прошлом были выявлены различные уязвимости.

• POODLE (Padding Oracle On Downgraded Legacy Encryption). Эта уязвимость была связана с использованием устаревших версий протоколов, таких как SSL 3.0. Атакующий мог использовать ошибки в обработке дополнительных байтов (padding) для расшифровки зашифрованных данных. Хотя атака направлена на SSL 3.0, многие реализации TLS поддерживают откат к SSL 3.0, что представляет опасность.
• BEAST (Browser Exploit Against SSL/TLS). Атакует уязвимости в реализации протоколов блочного шифрования, таких как CBC (Cipher Block Chaining). Атакующий может использовать JavaScript в браузере жертвы для расшифровки защищенных cookie и данных сеанса.
• Это уязвимость в реализации OpenSSL, библиотеки, используемой для многих реализаций TLS/SSL. Позволяет злоумышленнику читать чувствительные данные из памяти сервера, включая закрытые ключи и другую конфиденциальную информацию.
• CRIME (Compression Ratio Info-leak Made Easy). Атакует использование сжатия данных в протоколе TLS. Злоумышленник может использовать утечку информации о сжатии для пошагового раскрытия конфиденциальных данных, таких как сессионные cookie.
• FREAK (Factoring Attack on RSA-EXPORT Keys). Атакует использование устаревших шифров с экспортными ключами, которые были разработаны в период времени, когда США имели ограничения на экспорт криптографического программного обеспечения. Злоумышленник может заставить клиента использовать слабые шифры и затем провести атаку.
• DROWN (Decrypting RSA with Obsolete and Weakened eNcryption). Атакует использование устаревших протоколов, таких как SSLv2, и позволяет злоумышленнику расшифровать зашифрованные данные путем перехвата и анализа трафика.

Важно отметить, что многие из вышеупомянутых уязвимостей были обнаружены и устранены в последних версиях протокола TLS. Именно поэтому для обеспечения безопасности следует использовать последние версии протокола, регулярно обновлять программное обеспечение и следовать советам по безопасности.

Обеспечить безопасность TLS

Обеспечение безопасности протокола TLS важно для защиты конфиденциальности, целостности и подлинности передаваемых данных. Вот несколько мер безопасности, которые могут быть приняты для обеспечения безопасности TLS:

• Всегда следите за обновлениями протокола TLS и используйте последние версии, такие как TLS 1.3, которые предоставляют улучшенные механизмы безопасности и производительности.
• Отключите поддержку устаревших версий протоколов, таких как SSL 2.0, SSL 3.0, и даже более ранние версии TLS 1.0 и TLS 1.1, которые могут содержать уязвимости.
• Убедитесь, что сервер и клиент поддерживают современные и сильные алгоритмы шифрования. Для конфиденциальности данных лучше использовать алгоритмы, такие как AES-GCM и ChaCha20-Poly1305.
• Используйте SSL-сертификаты с долгим сроком действия. Это поможет избежать частой смены сертификатов и предотвратит возможные ситуации с использованием устаревших сертификатов.
• Обеспечьте аутентификацию сторон: сервер должен предоставлять SSL-сертификат, и клиент может быть также аутентифицирован при необходимости.
• Используйте механизмы защиты от атак, такие как защита от атак на отказ в обслуживании (DoS), атаки на отказ в обслуживании через избыточные запросы (DDoS), и другие средства обнаружения и предотвращения атак.
• Регулярно обновляйте программное обеспечение сервера и клиента для внедрения последних патчей безопасности и устранения известных уязвимостей.
• Защищайте закрытые ключи сервера и периодически их обновляйте. Используйте средства хранения ключей, которые обеспечивают высокий уровень безопасности.
• Конфигурируйте сервер TLS с учетом лучших практик безопасности, включая правильную настройку параметров шифрования, использование силы ключей и т. д.
• Устанавливайте мониторинг безопасности для обнаружения подозрительной активности и ведите подробные журналы событий TLS для возможности анализа и реагирования на инциденты.

Следование этим мерам поможет сделать применение TLS более безопасным и устойчивым к различным угрозам.