TLS 1.3

TLS 1.3 — версия протокола защиты транспортного уровня (англ. Transport Layer Security)^[1], являющаяся седьмой итерацией протокола TLS и его предшественника SSL (англ. Secure Sockets Layer). Протокол предназначен для защиты передаваемых данных между узлами сети, а именно предоставление шифрования, аутентификации и целостности соединения.

TLS 1.3
Название	Transport Layer Security v.1.3
Уровень (по модели OSI)	Сеансовый
Семейство	TLS
Создан в	Март 2018
Назначение протокола	Защита передачи данных
Спецификация	RFC 8446
Основные реализации (клиенты)	Mozilla Firefox и Google Chrome

Версия 1.3 была утверждена в качестве стандарта 9 августа 2018 года Инженерным советом Интернета (англ. Internet Engineering Task Force, IETF)^[2][3].

Установка соединения в TLS 1.3

Процедура установки соединения также называется фазой рукопожатия (англ. Handshake)^[4]. Данная процедура была модифицирована в версии 1.3 и значительно сократила время работы. TLS 1.3 необходима только одна передача в оба конца для установки соединения. В новой версии TLS 1.3 количество переговоров между клиентом и сервером сократилось с четырёх до двух, обмен ключами и схема цифровой подписи через расширение больше не требуются.

Возобновление сеанса 0-RTT

Также в TLS 1.3 была включена система рукопожатий 0-RTT, которая требует ноль циклов для установки соединения . Клиент имеет возможность подключиться к уже посещённому серверу ещё до разрешения от TLS 1.3 обмена данными. Это происходит путём хранения секретной информации, такой как идентификатор сеанса или билеты предыдущих сеансов. Данная система имеет несколько недостатков в безопасности, о которых рассказано в соответствующем разделе.

Схема установки соединения в TLS 1.3

• Клиент посылает сообщение ClientHello, состоящее из:^[5]
  1. Открытый ключ клиента key_share, полученный по протоколу Диффи-Хеллмана или идентификаторы секретных ключей pre_shared_key, если используется шифрование по заранее заданному секретному ключу, известному обоим узлам сети;
  2. Предполагаемый режим обмена секретными ключами psk_key_exchange_modes;
  3. Модель алгоритма цифровой подписи signature_algorithms.
• Сервер отвечает следующими сообщениями:
  1. Ответная часть открытого ключа key_share или выбранный идентификатор секретного ключа pre_shared_key;
  2. Серверное сообщение EncryptedExtensions для передачи в зашифрованном виде дополнения, включающие в себя параметры тонкой настройки;
  3. При необходимости аутентификации, серверное сообщение CertificateRequest для получения клиентского сертификата;
  4. Сертификат сервера Certificate
  5. Сообщение Certificate_verify, которое содержит цифровой сертификат сервера;
  6. Сообщение о завершении процедуры рукопожатия Finished
• Клиент проверяет сертификат сервера, генерирует итоговый секретный ключ (в случае выбора данного способа генерации) и отправляет сообщения:
  1. Сообщение о завершении процедуры рукопожатия Finished (формальная отправка для подтверждения);
  2. В случае запроса клиентского сертификата отправляет свой сертификат Certificate;
  3. Зашифрованное сообщение (с этого момента происходит шифрование данных).

Особенности процедуры Handshake TLS 1.3

• Узлы при первой возможности переходят к зашифрованному виду и практически все сообщения в Handshake получаются зашифрованными;
• Добавлено серверное сообщение Encrypted Extensions, включающее в себя дополнительные параметры в зашифрованном виде^[6];
• Экономия целого полного цикла общения клиента и сервера и как следствие уменьшение времени работы процедуры минимум на 100 миллисекунд.

Улучшения безопасности TLS 1.3

В TLS 1.3 были удалены устаревшие и небезопасные функции, которые присутствовали в предыдущих версиях, такие как:

• Алгоритмы шифрования DES и 3DES;
• Алгоритмы хэширования MD5 и SHA-1;
• Export-шифры и шифр RC4;
• Блочный шифр AES в режиме CBC (Cipher Block Chaining).

В новой версии TLS было реализовано свойство Perfect Forward Secrecy, дающее гарантию некомпрометации сеансового ключа без обязательного обмена ключами протоколом RSA^[7][8]. Уменьшена потенциальная вероятность неправильной настройки протокола из-за его упрощения с точки зрения администрирования. Как писалось ранее, общение межу узлами сети почти сразу происходит в зашифрованном виде, благодаря чему увеличивается криптонадежность протокола^[9].

Кроме этого, в новой версии поддерживается протокол шифрования HCDH и может не затрагивать протокол обмена ключами на основе протокола DH.

Уязвимости TLS 1.3

В новой версии протокола исправлено большинство недостатков и уязвимостей предыдущих версий, однако на данный момент обнаружено несколько уязвимостей в безопасности:

1. Существует несколько проблем безопасности в сеансах возобновления 0-RTT:
   • Отсутствие полной прямой секретности. То есть в случае компрометации ключей сеанса, злоумышленник может расшифровать данные 0-RTT, отправленные клиентом на первом этапе. Данная проблема решается постоянным изменением ключей сеанса^[10].
   • Отсутствие гарантии запрета повторного подключения. Если злоумышленнику каким-то образом удастся завладеть вашими зашифрованными данными 0-RTT, он может обмануть сервер и заставить его поверить в то, что запрос пришёл с сервера, поскольку у него нет возможности узнать, откуда пришли данные. Отправка подобных запросов несколько раз называется атака повторного воспроизведения.
2. Неполный отказ от RSA, из-за которого появляется возможность скомпрометировать обмен ключами через утекающие процессорные кэши. Данная уязвимость была использована для проведения новой вариации атаки Блейхенбахера, которая была изложена группой специалистов в статье.
3. Уязвимость при работе с функционалом URL программного обеспечения Cisco Firepower Threat Defense. Злоумышленник может без прохождения проверки подлинности обойти блокировку трафика для определённых URL-адресов^[11]. Злоумышленник может воспользоваться этой уязвимостью, отправив созданные подключения TLS 1.3 на уязвимое устройство. Успешный эксплойт может позволить злоумышленнику обойти защиту TLS 1.3 и получить доступ к URL-адресам, которые находятся за пределами уязвимого устройства. Уязвимость вызвана логичной ошибкой обработки Snort-соединений в протоколе TLS 1.3.
4. Зачастую оба узла соединения поддерживают старую версию TLS с набором шифров, поддерживающим обмен ключами RSA. Используя этот факт, злоумышленник может внедрить вредоносный JavaScript файл в браузер клиента через вредоносную точку доступа по типу Wi-Fi. Внедрённый файл создаёт специальный HTTPS-запрос, включающий в себя обход посредника для прослушивания зашифрованных данных^[12]. Данная уязвимость даёт возможность проведения криптографических атак Zombie POODLE и GOLDENDOODLE Attack^[12].

Совместимость с предыдущими версиями

Наборов шифров для TLS 1.2 и 1.3

В версии TLS 1.3 набор шифров (Cipher Suites) был существенно уменьшен по сравнению с версией TLS 1.2 и принадлежит классу шифров AEAD^[13]. Данные наборы регистрируются и хранятся в специальном реестре TLS IANA^[14], в котором присваивается уникальный идентификационные номер. Из-за этого у протокола версии 1.3 отсутствует обратная совместимость с более ранними версиями даже при использовании одинаковых наборов шифров^[15].

Доступные наборы шифров для TLS 1.3:

• TLS_AES_128_CCM_SHA256
• TLS_AES_256_GCM_SHA384
• TLS_AES_128_GCM_SHA256
• TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256
• TLS_AES_128_CCM_8_SHA256

Поддерживающие TLS 1.3 версии браузеров

На данный момент протокол TLS 1.3 поддерживается следующими браузерами и версиями^[16]:

	Минимальные	Рекомендуемые
Google Chrome	67	70 или выше
Mozilla Firefox	60	63 или выше
Android Chrome	1.3	в 70 версии
Samsung Internet	6.2	7.2