真正“搞”懂HTTPS协议18之TLS特性解析

一、最大化兼容性

由于1.1、1.2等协议已经出现了很多年，很多应用软件、中间代理等（官方被称为“MiddleBox”）只认老的记录协议格式，就像是HTTP/3抛弃了TCP作为底层的原因类似。更新改造很困难，甚至是不可能的。

为了保证这些被广泛部署的“老设备”能够继续使用，避免新协议带来的“冲击”，TLS1.3 不得不做出妥协，保持现有的记录格式不变，通过“伪装”来实现兼容，使得 TLS1.3 看上去“像是”TLS1.2。

在TLS1.3中，用了一个新的“扩展协议”（Extension Protocol），它有点“补充条款”的意思，通过在记录末尾添加一系列的“扩展字段”来增加新的功能，老版本的 TLS 不认识它可以直接忽略，这就实现了“后向兼容”。

Handshake Protocol: Client Hello
    Version: TLS 1.2 (0x0303
    Extension: supported_versions (len=11
        Supported Version: TLS 1.3 (0x0304
        Supported Version: TLS 1.2 (0x0303

TLS1.3 利用扩展实现了许多重要的功能，比如“supported_groups”、“key_share”、“signature_algorithms”、“server_name”等，这些等后面用到的时候再说。

二、强化安全

伪随机数函数由 PRF 升级为 HKDF（HMAC-based Extract-and-Expand Key Derivation Function）；
• 明确禁止在记录协议里使用压缩；
• 废除了 RC4、DES 对称加密算法；
• 废除了 ECB、CBC 等传统分组模式；
• 废除了 MD5、SHA1、SHA-224 摘要算法；
• 废除了 RSA、DH 密钥交换算法和许多命名曲线。

嗯……了解下就行了。

AES、ChaCha20对称加密算法，分组模式只能用 AEAD 的 GCM、CCM 和 Poly1305，摘要算法只能用 SHA256、SHA384，密钥交换算法只有 ECDHE 和 DHE，椭圆曲线也被“砍”到只剩 P-256 和 x25519 等 5 种。

前向安全”（Forward Secrecy）。什么意思呢？

今日截获，明日破解”。

三、提升性能

HTTPS 建立连接时除了要做 TCP 握手，还要做 TLS 握手，在 1.2 中会多花两个消息往返（2-RTT），可能导致几十毫秒甚至上百毫秒的延迟，在移动网络中延迟还会更严重。

其实具体的做法还是利用了扩展。客户端在“Client Hello”消息里直接用“supported_groups”带上支持的曲线，比如 P-256、x25519，用“key_share”带上曲线对应的客户端公钥参数，用“signature_algorithms”带上签名算法。

其实夸张一点，所有的数据交换，来回一次就够了，只需要一个往返，你品品？

四、握手分析

首先还是TCP的三次握手，握手建立TCP连接后，浏览器还是首先发个“Client Hello”，因为 1.3 的消息兼容 1.2，所以开头的版本号、支持的密码套件和随机数（Client Random）结构都是一样的（不过这时的随机数是 32 个字节）。

注意“Client Hello”里的扩展，“supported_versions”表示这是 TLS1.3，“supported_groups”是支持的曲线，“key_share”是曲线对应的参数。

Handshake Protocol: Server Hello
    Version: TLS 1.2 (0x0303
    Random: 12d2bce6568b063d3dee2…
    Cipher Suite: TLS_AES_128_GCM_SHA256 (0x1301
    Extension: supported_versions (len=2
        Supported Version: TLS 1.3 (0x0304
    Extension: key_share (len=36
        Key Share extension
            Key Share Entry: Group: x25519, Key Exchange length: 32

表面上看和 TLS1.2 是一样的，重点是后面的扩展。“supported_versions”里确认使用的是 TLS1.3，然后在“key_share”扩展带上曲线和对应的公钥参数。

在算出主密钥后，服务器立刻发出“Change Cipher Spec”消息，比 TLS1.2 提早进入加密通信，后面的证书等就都是加密的了，减少了握手时的明文信息泄露。

这两个“Hello”消息之后，客户端验证服务器证书，再发“Finished”消息，就正式完成了握手，开始收发 HTTP 报文。

五、小结

其实这篇文章和上一篇文章的重点都在于图中，大家要好好消化。要注意TLS1.3相比于TLS1.2有哪些不同点，其实核心就是通过扩展协议来提前把需要参数交换，嗯……就这么简单。

声明：本文由用户投稿上传，本站不保证内容的真实与正确性，并且不承担相关法律责任，如有侵权请提供版权资料并联系删除！

编程笔记 » 真正“搞”懂HTTPS协议18之TLS特性解析