SSL (англ. Secure Sockets Layer — слой защищённых сокетов) — криптографический протокол, который подразумевает более безопасную связь. Он использует асимметричную криптографию для аутентификации ключей обмена, симметричное шифрование для сохранения конфиденциальности, коды аутентификации сообщений для целостности сообщений. Протокол широко использовался для обмена мгновенными сообщениями и передачи голоса через IP (англ. Voice over IP — VoIP) в таких приложениях, как электронная почта, интернет-факс и др. В 2014 году правительство США сообщило об уязвимости в текущей версии протокола. SSL должен быть исключён из работы в пользу TLS.
SSL изначально разработан компанией Netscape Communications для добавления протокола HTTPS в свой веб-браузер Netscape Navigator. Впоследствии на основании протокола SSL 3.0 был разработан и принят стандарт RFC, получивший имя TLS.
Описание
Протокол SSL обеспечивает защищённый обмен данными за счёт двух следующих элементов:
- Аутентификация
- Шифрование
SSL использует асимметричную криптографию для аутентификации ключей обмена, симметричный шифр для сохранения конфиденциальности, коды аутентификации сообщений для целостности сообщений.
Протокол SSL предоставляет «безопасный канал», который имеет три основных свойства:
- Канал является частным. Шифрование используется для всех сообщений после простого диалога, который служит для определения секретного ключа.
- Канал аутентифицирован. Серверная сторона диалога всегда аутентифицируется, а клиентская делает это опционально.
- Канал надёжен. Транспортировка сообщений включает в себя проверку целостности.
Преимуществом SSL является то, что он независим от прикладного протокола. Протоколы приложений (HTTP, FTP, TELNET и т. д.) могут работать поверх протокола SSL совершенно прозрачно, то есть SSL может согласовывать алгоритм шифрования и ключ сессии, а также аутентифицировать сервер до того, как приложение примет или передаст первый байт сообщения.
История и развитие
SSL 1.0, 2.0 и 3.0
Протокол SSL был изначально разработан компанией Netscape Communications. Версия 1.0 никогда не была обнародована. Версии 2.0 была выпущена в феврале 1995 года, но содержала много недостатков по безопасности, которые привели к разработке SSL версии 3.0. SSL версии 3.0, выпущенный в 1996 году, послужил основой для создания протокола TLS 1.0, стандарт протокола Internet Engineering Task Force (IETF), который впервые был определён в RFC 2246 в январе 1999 года. Visa, Master Card, American Express и многие другие организации имеют лицензию на использование протокола SSL для коммерческих целей в сети Интернет. Тем самым SSL расширяемо в соответствии с проектом о поддержке прямой и обратной совместимости и переговорам между соединениями в одноранговой сети. С марта 2011 года, согласно RFC 6176, TLS-клиенты не должны использовать протокол SSL 2.0 при запросе подключения к серверу, и серверы должны отклонять такие запросы.
TLS 1.0
TLS 1.0 впервые был определен в RFC 2246 в январе 1999 года в качестве обновления версии SSL 3.0. Как указано в RFC, «различия между этим протоколом и SSL 3.0 не критичны, но они значительны для появления несовместимости при взаимодействии TLS 1.0 и SSL 3.0». TLS 1.0 действительно включает средства, с помощью которых реализация подключения TLS к SSL 3.0 ослабит безопасность.
TLS 1.1
TLS 1.1 презентовали в RFC 4346 в апреле 2006 года. Это было обновление TLS версии 1.0. Значительные изменения в этой версии включают в себя:
- добавлена защита от атак, использующих режим сцепления блоков шифротекста (Cipher Block Chaining);
- неявный Вектор инициализации (IV) был заменен на явный IV;
- было проведено изменение в обработке ошибок;
- введена поддержка IANA регистрации параметров.
TLS 1.2
TLS 1.2 был анонсирован в RFC 5246 в августе 2008 года. Он основан на ранее предложенной версии TLS 1.1.
TLS 1.3
TLS 1.3 был признан стандартом в RFC 8446 в августе 2018 года.
Принцип работы
Алгоритм сертификатов безопасности представляет собой процесс шифрования данных.
- Браузер или сервер начинает подключаться к сайту, запрашивает идентификацию у веб-сервера.
- Веб-сервер передает копию SSL-сертификата.
- Браузер или сервер анализирует его, если он настоящий, сообщает о результатах проверки веб-серверу.
- Веб-сервер отправляет подтверждение с цифровой подписью.
- Начинается сеанс обмена зашифрованными данными, которые используют веб-сервер с браузером или сервер.
Все это действие занимает доли секунды, поэтому пользователь не замечает снижение скорости при открытии сайта.
Многослойная среда
Протокол SSL размещается между двумя протоколами: протоколом, который использует программа-клиент (HTTP, FTP, LDAP, TELNET и т.д.) и транспортным протоколом TCP/IP. SSL защищает данные, выступая в роли фильтра для обеих сторон и передаёт их далее на транспортный уровень.
Работу протокола можно разделить на два уровня:
- Слой протокола подтверждения подключения (Handshake Protocol Layer)
- Слой протокола записи
Первый слой, в свою очередь, состоит из трёх подпротоколов:
- Протокол подтверждения подключения (Handshake Protocol)
- Протокол изменения параметров шифра (Cipher Spec Protocol)
- Предупредительный протокол (Alert Protocol)
Протокол подтверждения подключения используется для согласования данных сессии между клиентом и сервером. К данным сессии относятся:
- Идентификационный номер сессии
- Сертификаты обеих сторон (например, соответствующие X.509)
- Параметры алгоритма шифрования
- Алгоритм сжатия информации
- «Общий секрет» применён для создания ключей; открытый ключ
Протокол подтверждения подключения производит цепочку обмена данными, что в свою очередь начинает аутентификацию сторон и согласовывает шифрование, хеширование и сжатие. Следующий этап — аутентификация участников, которая осуществляется также протоколом подтверждения подключения.
Протокол изменения параметров шифра используется для изменения данных ключа (keyingmaterial) — информации, которая используется для создания ключей шифрования. Протокол состоит всего из одного сообщения, в котором сервер говорит, что отправитель хочет изменить набор ключей.
Предупредительный протокол содержит сообщение, которое показывает сторонам изменение статуса или сообщает о возможной ошибке. Обычно предупреждение отсылается тогда, когда подключение закрыто и получено неправильное сообщение, сообщение невозможно расшифровать или пользователь отменяет операцию.
Цифровые сертификаты
Протокол SSL использует сертификаты для проверки принадлежности открытого ключа его реальному владельцу. Способы получения SSL-сертификата:
- Использовать сертификат, выданный CA
- Использовать самоподписанный сертификат
- Использовать «пустой» сертификат
Самоподписанный сертификат — сертификат, созданный самим пользователем — в этом случае издатель сертификата совпадает с владельцем сертификата. «Пустой» сертификат — сертификат, содержащий фиктивную информацию, используемую в качестве временной для настройки SSL и проверки его функциональности в данной среде.
Среди сертификатов SSL выделяют сертификаты, подтверждающие домен (англ. Domain-validated certificate) и расширенной проверки. Последний связывает доменное имя с реальным физическим или юридическим лицом.
Механизмы образования ключа для текущей сессии в SSL/TLS
Существует 4 основных алгоритма для образования ключей: RSA, Fixed Diffie-Hellman, Ephemeral Diffie-Hellman, Anonymous Diffie-Hellman
RSA
При «утере» приватного ключа RSA криптоаналитик, получивший его, получает возможность расшифровать все записанные прошлые сообщения и будущие сообщения. Реализация обмена ключей в RSA является односторонней: вся необходимая информация для образования симметричного ключа, который создается на этапе рукопожатия, пересылается на сервер и шифруется публичным ключом сервера. Раскрытие приватного ключа даёт возможность узнать симметричный ключ данной сессии.
Diffie-Hellman
Механизм Fixed Diffie-Hellman использует постоянный публичный ключ, который прописан в сертификате сервера. Это также означает, что при каждом новом соединении клиент предоставляет свою часть ключа. После обмена ключами образуется новый симметричный ключ для обмена информацией для текущей сессии. При раскрытии приватного ключа сервера криптоаналитик может расшифровать ранее записанные сообщения, а также все будущие сообщения. Это становится возможным из-за самого механизма. Так как криптоаналитик знает приватный ключ сервера, он сможет узнать симметричный ключ каждой сессии, и даже тот факт, что механизм образования ключа является двусторонним, не поможет.
Механизм Anonymous Diffie-Hellman не предоставляет гарантий секретности, ибо данные передаются незашифрованными.
Единственный вариант, при котором гарантируется безопасность прошлых и будущих сообщений — Ephemeral Diffie-Hellman. Разница по сравнению с ранее рассмотренными методами заключается в том, что при каждом новом соединении сервером и клиентом создается одноразовый ключ. Таким образом, даже если криптоаналитику достанется текущий приватный ключ, он сможет расшифровать только текущую сессию, но не предыдущие или будущие сессии.
Особенности шифрования
Существует два основных способа шифрования данных: симметричное шифрование (общий секретный ключ) и асимметричное шифрование (пара открытый/приватный ключ).
SSL использует как асимметричную, так и симметричную криптографию.
Суть асимметричного шифрования заключается в том, что используется пара ключей. Один из ключей называется открытым (как правило, он публикуется в самом сертификате владельца), а второй ключ называется приватным — он держится в тайне. Оба ключа используются в паре: открытый ключ используется для того, чтобы зашифровать данные, а приватный — для того, чтобы расшифровать их. Такая взаимосвязь позволяет делать две важные вещи.
- Любой пользователь может получить открытый ключ и использовать его для шифрования данных, расшифровать которые сможет только пользователь, владеющий приватным ключом.
- Если владелец ключевой пары “зашифрует” (подпишет) данные своим приватным ключом, то каждый сможет убедиться в том, что данные были отправлены именно владельцем приватного ключа и не были изменены третьей стороной. Именно это является основой цифровых подписей.
RSA — один из самых распространённых алгоритмов асимметричного шифрования.
При использовании симметричного шифрования один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для расшифровывания данных. Если стороны хотят обменяться зашифрованными сообщениями в безопасном режиме, то у обеих сторон должны быть одинаковые симметричные ключи. Такой тип шифрования используется для большого объёма данных (так как симметричное шифрование является более быстрым). Обычно используются алгоритмы DES, 3DES, RC2, RC4 и AES.
Протокол SSL использует шифрование с открытым ключом для взаимной аутентификации клиента и сервера (с помощью технологии цифровых подписей), а также для выработки сессионного ключа, который, в свою очередь, используется более быстрыми алгоритмами симметричной криптографии для шифрования большого объёма данных.