HTTPS 패킷 분석(TLS 1.2와 TLS 1.3)

1. TLS 1.2

① DNS를 통하여 URL으로 IP 확인

 

② TCP Handshaking(1 Round Trip Time)

- 3 Way Hanshaking

https://eunhyee.tistory.com/96?category=937476 

TCP와 UDP

 

③ TLS Handshaking(2 Round Trip Time)

 

Client Hello : 클라이언트측에서 생성한 랜덤 데이터, 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들(chipher suites), 세션 ID 등 포함한 패킷을 Client -> Server로 전송한다.

 

TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 CIpher Suite 결정

Sever Hello : 서버측에서 생성한 랜덤 데이터, 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식(chipher suites) 등 포함한 패킷을 Server -> Client로 전송한다.

- 세션 ID를 통해 재연결 세션인지 신규 세션인지도 확인한다.

SHA 256 with RSA 인증/해쉬 알고리즘 사용

Certificate : SSL 인증서(선택된 인증/해쉬 알고리즘 CA 비공개키로 암호화, 브라우저의 CA 공개키로 복호화할 경우 전자 서명)를 세션키로 암호화한 패킷을 Server -> Client로 전송한다.

 

ECDHE 키 교환 알고리즘 사용

Server Key Exchange/Server Hello Done : 서버 공개키 포함한 패킷을 Server -> Client로 전송한다. (서버 공개키는 Ceritificate에 포함되기도 하고 포함되지 않을 수도 있음)

 

ECDHE 키 교환 알고리즘 사용

Client Key Exchange/Change Cipher Spec/Encryted Handshake Message : 클라이언트 공개키를 포함한 패킷을 Client -> Server로 전송한다. 여기서는 어떤 키 교환 알고리즘을 사용했느냐에 따라서 세션키를 생성하는 과정이 조금 다릅니다 🤔

(일반적으로는 DHE 알고리즘을 사용할 경우 Params(재료)를 보내어 Client/Server가 동일한 Params로 세션키를 생성합니다)

- 키 교환 알고리즘 방식으로 클라이언트 공개키 + 서버 비공개키 = 클라이언트 비공개키 + 서버 공개키 = 세션키를 생성한다.

 

Change Cipher Spec/Encryted Handshake Message :  세션키를 대칭키로 사용할 것을 정의하여 Server -> Client로 전송한다.

 

https://eunhyee.tistory.com/199

HTTP and TLS(SSL)

 

④ Application Data

AES 256 GCM 암호화 알고리즘 사용

Application Data : 결정된 암호화 알고리즘으로 데이터를 세션키를 대칭키로 암호화하여 Client -> Server로 전달한다.

 

2. TLS 1.3

① DNS를 통하여 URL으로 IP 확인

 

② TCP Handshaking(1 Round Trip Time)

- 3 Way Hanshaking

 

③ TLS Handshaking(1 Round Trip Time)

- 2 Round Trip Time이 1 Round Trip Time으로 바뀌면서 패킷에 포함되는 정보가 많아짐

 

Client Hello : 클라이언트 공개키들(extension : key share), 클라이언트가 지원하는 인증/해쉬 알고리즘 방식들(extension : signature algorithms), 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들(chipher suites), 세션 ID 등 포함한 패킷을 Client -> Server로 전송한다.

- TLS 1.3은 가능한 인증/해쉬 알고리즘 리스트들을 extension : signature algorithms에 보낸다.

- TLS 1.3은 키 교환 알고리즘으로 PSK(Pre Shared Key)와 (EC)DHE만 사용 가능하기 때문에 키 교환 알고리즘 협상 없이 Client Hello의 extension : key share에 (EC)DHE keys을 모두 함께 보낸다.

- PSK에 대한 정보를 extension : pre shared key, psk key exchange modes에 보내어 TLS 1.3을 맺을 경우 다음 통신에서는 0 Round Trip Time로 통신 가능하다.

- Extension은 TLS 1.3을 위한 필드로 TLS 1.2의 경우 무시한다.

- TLS 1.3인데 Version에 1.2가 나오는 이유는?!

Handshake Protocol: Client Hello
  Version: TLS 1.2 (0x0303)
	Extension: supported_versions (len=11)
	    Supported Versions length: 10
	    Supported Version: TLS 1.3 (0x0304)
	    Supported Version: TLS 1.2 (0x0303)
	    Supported Version: TLS 1.1 (0x0302)
	    Supported Version: TLS 1.0 (0x0301)
        
This is a Client Hello message. The Version value at the second line is not a typo. It is necessary for a TLS 1.3 message disguises itself as a TLS 1.2 one.
Why? In early tests, developers realized that updating the value in Version is next to impossible. Changing it from 0x0303(TLS 1.2) to 0x0304 (TLS 1.3) makes TLS handshake fail on lots of proxies and gateways.
The newcomer has to compromise, putting its supported version in Extension: supported_versions.
In the example, you can see a list of supported versions. If a server doesn’t support TLS 1.3, it will fall back to TLS 1.2 in the list.

AES_256_GCM_SHA384 Cipher Suite 결정

 ECDHE x25519 키 교환 알고리즘 사용

SHA 256 with RSA 인증/해쉬 알고리즘 사용

Server Hello/Change Cipher Spec : 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식(chipher suites), 서버 비공개키(extension : key share)등 포함한 패킷을 Server -> Client로 전송한다.

- 세션 ID를 통해 재연결 세션인지 신규 세션인지도 확인한다.

- 키 교환 알고리즘 방식으로 클라이언트 공개키 + 서버 비공개키 = 클라이언트 비공개키 + 서버 공개키 = 세션키를 생성한다.

Application Data(Certificate) : SSL 인증서(선택된 인증/해쉬 알고리즘 CA 비공개키로 암호화, 브라우저의 CA 공개키로 복호화할 경우 전자 서명)를 세션키로 암호화한 패킷을 Server -> Client로 전송한다.

 

④ Application Data

AES 256 GCM 암호화 알고리즘 사용

Change Cipher Spec/Application Data : 결정된 암호화 알고리즘으로 데이터를 세션키를 대칭키로 암호화하여 Client -> Server로 전달한다.

- 브라우저의 CA 공개키로 SSL 인증서(선택된 인증/해쉬 알고리즘 CA 비공개키로 암호화)를 복호화 후 SSL 인증서를 신뢰한다.(전자서명)

- 키 교환 알고리즘 방식으로 클라이언트 공개키 + 서버 비공개키 = 클라이언트 비공개키 + 서버 공개키 = 세션키를 생성한다. 

 

3. TLS 1.3 의 장점

보안 강화

- 다운그레이드 공격(Handshake 단계에서 암호화 알고리즘 및 SSL/TLS 버전 등을 협상하는 과정에 공격자가 개입하여 협상 내용을 보안에 취약한 것으로 변경하는 방식) 방어가 가능

- 취약한 알고리즘 지원 중단

 

성능 강화

- TLS 1.2 - 2 Round Trip Time > 1 Round Trip Time으로 줄어들게 되며 통신 속도가 빨라짐

- TLS 1.3 - 0 Round Trip Time를 적용하게 되면 HTTP와 통신 속도가 동일해짐

 

프라이버시 강화

- SNI 필드 암호화 가능(Encrypted Server Name Indication)

- TCP Handshaking 과정에서 Client Hello의 SNI는 TLS Handshaking 과정 전이라 암호화할 수 없는데 암호화를 가능하게 하여 사용자가 어떤 도메인으로 접속하는지도 알 수 없게 됨

 

4. Cipher Suite

TLS_{키 교환 알고리즘}_{인증 알고리즘}_WITH_{암호화 알고리즘}_{해쉬 알고리즘}

 

- 키 교환 알고리즘 : Client/Server Key Exchange에 사용하는 알고리즘

- 인증 알고리즘(비대칭키 암호화) : Certificate에 사용되는 알고리즘

- 암호화 알고리즘(대칭키 암호화) : 세션키에 사용하는 알고리즘

- 해쉬 알고리즘 : Certificate 무결성 검증에 사용되는 알고리즘

 

- TLS 1.3에서는 Client Hello에 extension : key share로 (EC)DHE의 키 값을 사전에 전달, extension : signature algorithms로 사용 가능한 인증/해쉬 알고리즘 전달하여 TLS 1.3 Cipher Suite는 TLS_{암호화 알고리즘}_{해쉬 알고리즘}로 나타냅니다.

- TLS 1.3 Cipher Suite List : TLS_AES_128_GCM_SHA256, TLS_AES_256_GCM_SHA384,  TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256, TLS_AES_128_CCM_SHA256, TLS_AES_128_CCM_8_SHA256

 

참고 : 

https://blog.naver.com/n_privacy/221412043898

SSL/TLS 알아보기 – TLS 1.3과 프라이버시

https://msm8994.tistory.com/38

SNI 차단이 뭐야? TLS 1.3은 해결책이 될 수 있을까.

https://aws-hyoh.tistory.com/entry/HTTPS-%ED%86%B5%EC%8B%A0%EA%B3%BC%EC%A0%95-%EC%89%BD%EA%B2%8C-%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0-3SSL-Handshake?category=768734 

HTTPS 통신과정 쉽게 이해하기 #3(SSL Handshake, 협상)

https://blog.devgenius.io/added-security-measures-and-changes-in-tls-1-3-fd93bbfecb8f

Added Security Measures and Changes in TLS 1.3

https://cabulous.medium.com/tls-1-2-andtls-1-3-handshake-walkthrough-4cfd0a798164

TLS 1.2 andTLS 1.3 Handshake Walkthrough

https://owasp.org/www-chapter-london/assets/slides/OWASPLondon20180125_TLSv1.3_Andy_Brodie.pdf