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SSL/TLSの概要

全体アーキテクチャ

組み込み向けSSL/TLSライブラリであるwolfSSL(旧称：Cyassl)は、SSL 3.0、TLS 1.0、TLS 1.1、TLS 1.2、およびTLS 1.3プロトコルを実装しています。TLS 1.3は現在、標準化されている最も安全な最新バージョンです。wolfSSLは、数年間不安定であるという事実により、SSL 2.0をサポートしていません。

wolfSSLのTLSプロトコルは、RFC 5246 (https://tools.ietf.org/html/rfc5246). で定義されているとおりに実装しています.TLSには、メッセージ層とハンドシェーク層の2つのレコード層プロトコルが存在します。ハンドシェイクメッセージは、共通の暗号スイートのネゴシエーション、シークレットの作成、および安全な接続の有効化に使用されます。メッセージレイヤーはハンドシェイクレイヤーをカプセル化すると同時に、アラート処理とアプリケーションデータ転送もサポートします。

SSLプロトコルが既存のプロトコルにどのように適合するかを、図1に示します。SSLは、OSIモデルのトランスポート層とアプリケーション層の間に位置し、多くのプロトコル (TCP/IP、Bluetooth などを含む) がトランスポートメディアとして機能します。アプリケーションプロトコルは、SSL (HTTP、FTP、SMTP など) の上に階層化されています。

SSL Protocol Diagram

SSLハンドシェイク

SSLハンドシェイクプロセスの簡略を以下の図2に示します。 なお、SSLクライアントとサーバーの構成オプションによってはいくつかのステップは実行されません。

SSL Handshake Diagram

SSLプロトコルバージョンとTLSプロトコルバージョンの違い

SSL (Secure Sockets Layer) と TLS (Transport Security Layer) はどちらも、ネットワーク上で安全な通信を提供する暗号化プロトコルです。 これら2つのプロトコル (および、それぞれのいくつかのバージョン) は、今日、Webブラウジングから電子メール、インスタントメッセージング、VoIP に至るまで、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。SSLとTLS、そしてそれぞれに含まれる各バージョン間にはいくつかの違いがあります。

以下に、SSL および TLS プロトコルの各バージョンについての解説と主な相違点を示します。 各プロトコルの具体的な詳細については、記載されている RFC 仕様を参照してください。

SSL 3.0

このプロトコルはNetscapeによって開発されたSSL 1.0から始まり、1996年にリリースされました。バージョン1.0はリリースされておらず、バージョン2.0には多くのセキュリティ上の欠陥があり、SSL 3.0のリリースにつながりました。SSL 2.0 に対する SSL 3.0 のいくつかの主要な改善点は次のとおりです。

  • メッセージ層からのデータ転送の分離

  • Export Cipherを使用している場合でも、128ビットのキーイングマテリアルを使用

  • クライアントとサーバーが証明書のチェーンを送信し、組織は2つ以上の証明書の証明書階層を使用可能に

  • 一般化された鍵交換プロトコルを実装し、Diffie-HellmanとFortezzaの鍵交換と非RSA証明書を許可

  • レコードの圧縮と解凍を可能に

  • 2.0 クライアントが検出されたときに SSL 2.0 にフォールバック

TLS 1.0

このプロトコルは1999年1月にRFC 2246で最初に定義されました。これは SSL 3.0 からのアップグレードであり劇的な違いはありませんが、SSL 3.0 と TLS 1.0 は相互運用できない程度の変更を含んでいます。SSL 3.0とTLS 1.0の間の大きな違いとして、以下が挙げられます。

  • 鍵導出関数の変更

  • MACの変更 - SSL 3.0は初期HMACの変更を使用し、TLS 1.0はHMACを使用します。

  • 完了(Finished)メッセージの変更

  • アラートの増加

  • DSS/DHサポートの要求

TLS 1.1

このプロトコルは、2006年4月にTLS 1.0の後継としてRFC 4346で定義されました。主な変更点は次のとおりです。

  • 暗黙の初期化ベクトル(IV)は、暗号ブロック連鎖(CBC)攻撃から保護するために明示的なIVに置き換えられました。

  • パディングエラーの取り扱いは、CBC攻撃から保護するためにdecryption_failedアラートではなくbad_record_macアラートを使用するよう変更されました。

  • IANAレジストリは、プロトコルパラメーター用に定義されました。

  • 早期終了によってセッションが再開できなくなることがなくなりました。

TLS 1.2

このプロトコルは、2008 年 8 月に RFC 5246 で定義されました。TLS 1.1 をベースとして、いくつかの改善が行われました。主な相違点は次のとおりです。

  • 擬似ランダム関数(PRF)のMD5/SHA-1の組み合わせを、暗号スイート指定PRFに置き換えました。

  • デジタル署名要素のMD5/SHA-1の組み合わせは、単一のハッシュに置き換えられました。署名された要素には、使用されるハッシュアルゴリズムを明示的に指定するフィールドが含まれます。

  • クライアントとサーバーが受け入れるハッシュおよび署名アルゴリズムの組み合わせが整理されました。

  • 追加のデータモードを使用した、認証された暗号化のためのサポートが追加されました。

  • TLS拡張機能の定義とAES暗号スイートがマージされました。

  • EncryptedPremasterSecretバージョン番号が厳しくチェックされるようになりました。

  • 多くの要件が厳しくなりました。

  • Verify_dataの長さは暗号スイートに依存します

  • Bleichenbacher/Dlima 攻撃防御の説明が簡潔になりました。

TLS 1.3

このプロトコルは、2018年8月にRFC 8446で定義されました。主に、セキュリティ性能とスピードが向上しています。主な違いは次のとおりです。

  • サポートされている対称アルゴリズムのリストは、すべての従来のアルゴリズムから整理されました。残りのアルゴリズムはすべて、認証タグ付き暗号(AEAD) アルゴリズムを使用します。

  • ゼロ RTT (0-RTT) モードが追加され、一部のセキュリティ属性を犠牲にすることで、一部のアプリケーションデータのための接続時のラウンドトリップが削減されました。

  • ServerHello の後のすべてのハンドシェイクメッセージが暗号化されるようになりました。

  • HMACベースの抽出および拡張鍵導出機能(HKDF)がプリミティブとして使用されているため、鍵導出機能が再設計されました。

  • ハンドシェイクステートマシンが再構築され、一貫性が向上し、余分なメッセージが削除されました。

  • ECC は基本仕様になり、新しい署名アルゴリズムが含まれるようになりました。各曲線の単一のポイント形式を支持して、ポイント形式のネゴシエーションを削除しました。

  • 圧縮、カスタムDHEグループ、およびDSAが削除されました、RSAパディングはPSSを使用するようになりました。

  • TLS 1.2 バージョンネゴシエーション検証メカニズムは廃止され、拡張機能のバージョンリストが採用されました。

  • サーバー側の状態の有無にかかわらず、セッションの再開と、TLS の以前のバージョンの PSK ベースの暗号スイートは、単一の新しい PSK 交換に置き換えられました。