科普 TLS 1.3—新特性與開啟方式

TLS 1.3 協議針對安全強化及效率提升等方面進行了大量修改，相繼推出 20 多個草案版本，即將完成最終的標准化。標准完成后，OpenSSL 組織將推出 OpenSSL 1.1.1 版本，對 TLS1.3 協議標准提供支持。

本文主要講解 TLS 1.3 版本的相關特性以及如何在你的服務器上啟用 TLS 1.3 的支持。

在談 TLS 1.3 之前，我們先來看下 TLS 1.2 的工作模式，如圖所示是 TLS 1.2 客戶端和服務端交互的過程，如圖所示：

 

我們也可以通過 Wireshark 抓包得到的數據

 

以 ECDHE 密鑰交換算法為例，TLS1.2 協議完整的SSL握手過程如下:

• 第一步，首先客戶端發送 ClientHello 消息，該消息中主要包括客戶端支持的協議版本、加密套件列表及握手過程需要用到的 ECC 擴展信息；
• 第二步，服務端回復 ServerHello，包含選定的加密套件和 ECC 擴展；發送證書給客戶端；選用客戶端提供的參數生成 ECDH 臨時公鑰，同時回復 ServerKeyExchange 消息；
• 第三步，客戶端接收 ServerKeyExchange 后，使用證書公鑰進行簽名驗證，獲取服務器端的 ECDH 臨時公鑰，生成會話所需要的共享密鑰；生成 ECDH 臨時公鑰和 ClientKeyExchange 消息發送給服務端；
• 第四步，服務器處理 ClientKeyExchange 消息，獲取客戶端 ECDH 臨時公鑰；服務器生成會話所需要的共享密鑰；發送密鑰協商完成消息給客戶端；
• 第五步，雙方使用生成的共享密鑰對消息加密傳輸，保證消息安全。

可以看到，TLS1.2 協議中需要加密套件協商、密鑰信息交換、ChangeCipherSpec 協議通告等過程，需要消耗 2-RTT 的握手時間，這也是造成 HTTPS 協議慢的一個重要原因之一。

我們來看下 TLS 1.3 的的交互過程，如圖所示:

其抓包得到的數據流如下：

 

在 TLS 1.3 中，客戶端首先不僅發送 ClientHello 支持的密碼列表，而且還猜測服務器將選擇哪種密鑰協商算法，並發送密鑰共享,這可以節省很大一部分的開銷，從而提高了速度。

TLS1.3 提供 1-RTT 的握手機制，還是以 ECDHE 密鑰交換過程為例，握手過程如下。將客戶端發送 ECDH 臨時公鑰的過程提前到 ClientHello，同時刪除了 ChangeCipherSpec 協議簡化握手過程，使第一次握手時只需要 1-RTT，來看具體的流程:

• 客戶端發送 ClientHello 消息，該消息主要包括客戶端支持的協議版本、DH 密鑰交換參數列表 KeyShare；
• 服務端回復 ServerHello，包含選定的加密套件；發送證書給客戶端；使用證書對應的私鑰對握手消息簽名，將結果發送給客戶端；選用客戶端提供的參數生成 ECDH 臨時公鑰，結合選定的 DH 參數計算出用於加密 HTTP 消息的共享密鑰；服務端生成的臨時公鑰通過 KeyShare 消息發送給客戶端；
• 客戶端接收到 KeyShare 消息后，使用證書公鑰進行簽名驗證，獲取服務器端的 ECDH 臨時公鑰，生成會話所需要的共享密鑰；
• 雙方使用生成的共享密鑰對消息加密傳輸，保證消息安全。

如果客戶端之前已經連接，我們有辦法在 1.2 中進行 1-RTT 連接，而在 TLS 1.3 中允許我們執行 0-RTT 連接，如圖所示:

需要說明的是，如需查看 TLS 1.3 的報文，需要使用 2.5 版本的 wireshark，可以去 https://www.wireshark.org/download/automated/ 下載

TLS 1.3 的新特性

1.廢除不支持前向安全性的 RSA 和 DH 密鑰交換算法；

2.MAC 只使用 AEAD 算法；

3.禁用 RC4 / SHA1 等不安全的算法；

4.加密握手消息；

5.減少往返時延 RTT，支持 0-RTT；

6.兼容中間設備 TLS 1.2；

7.加密握手消息：

TLS1.2 及之前版本的協議中各種擴展信息在 ServerHello 中以明文方式發送，但是 TLS 1.3 協議要求 ServerHello 消息之后的握手信息都需要加密。

 

△ tls1.2

△ tls1.3

瀏覽器支持 TLS 1.3

目前最新的 Chrome 和 Firefox 都支持 TLS 1.3，但需要手動開啟：

Chrome 中需要將 chrome://flags/ 中的 Maximum TLS version enabled 改為 TLS 1.3（Chrome 62 中需要將 TLS 1.3 改為 Enabled (Draft)

Firefox 中，將 about:config 中的 security.tls.version.max 改為 4；

Web 服務器支持 TLS 1.3

首先，需要下載 openssl 開發版，目前 TLS 1.3 還處於 draft 版，所以要克隆其分支進行編譯。

git clone -b tls1.3-draft-18 --single-branchhttps://github.com/openssl/openssl.gitopenssl

注意: github 的最新版本 tls1.3-draft-19 編譯后並不會有效果

以 nginx 1.13.8 為例(自 1.13.0 開始 nginx 開始支持 TLSv1.3)，在編譯的時候加上

--with-openssl=../openssl --with-openssl-opt='enable-tls1_3 enable-weak-ssl-ciphers'

例如我的編譯參數

./configure --prefix=/usr/local/nginx --user=www --group=www --with-pcre=/opt/nginx/pcre-8.41 --with-http_ssl_module --with-zlib=/opt/nginx/zlib-1.2.11 --with-http_v2_module --add-module=../nginx-ct-1.3.2 --add-module=../ngx_brotli --with-openssl=../openssl --with-openssl-opt='enable-tls1_3 enable-weak-ssl-ciphers' --with-http_v2_module --with-http_ssl_module --with-http_gzip_static_module

編譯完成停止你的 nginx 進程，在 nginx 目錄執行如下命令

cp -rf ./objs/nginx /usr/local/nginx/sbin/

在你的 nginx 配置文件中添加如下配置

ssl_protocols              TLSv1.2 TLSv1.3; #增加 TLSv1.3重啟 nginx 服務。
ssl_ciphers                TLS13-AES-256-GCM-SHA384:TLS13-CHACHA20-POLY1305-SHA256:TLS13-AES-128-GCM-SHA256:TLS13-AES-128-CCM-8-SHA256:TLS13-AES-128-CCM-SHA256:EECDH+CHACHA20:EECDH+CHACHA20-draft:EECDH+ECDSA+AES128:EECDH+aRSA+AES128:RSA+AES128:EECDH+ECDSA+AES256:EECDH+aRSA+AES256:RSA+AES256:EECDH+ECDSA+3DES:EECDH+aRSA+3DES:RSA+3DES:!MD5;

CDN 支持 TLS 1.3

目前，又拍雲的 CDN 網絡已經率先支持 TLS 1.3，你可以在又拍雲的控制台中開啟。

開啟路徑：CDN → 功能配置 → HTTPS → TLS1.3

開啟后通過瀏覽器訪問可以看到協議版本。

 

推薦閱讀：

一文讀懂 HTTP/2 特性

從 HTTP 到 HTTPS 再到 HSTS