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关于im:TLS协议分析-九-现代加密通信协议设计

jiezi

六. TLS 协定给咱们的启发 — 古代加密通信协议设计

在看了这么多的剖析和案例之后，咱们曾经能够演绎出加密通信协议设计的广泛问题，和常见设计决策，

设计决策点：

  1. 四类根底算法 加密 /MAC/ 签名 / 密钥替换 如何抉择？
    对称加密目前毫无疑问应该间接用 aead，最佳抉择就是 aes-128-gcm/aes-256-gcm/chacha20-poly1305 了
    数字签名 / 验证计划，如果是挪动互联网，应该思考间接放弃 RSA，思考 P-256 的 ECDSA 公钥证书，或者更进一步的 ed25519 公钥证书。
    密钥替换算法，目前最佳抉择就是 curve25519，或者 P-256。
  2. 对称加密算法 + 认证算法，如何抉择？或者间接用 aead？
  3. 签名算法如何抉择？RSA or ECDSA or Ed25519？
  4. 思考未来的算法调整，要加版本号机制吗？
    倡议是加上，起码在密钥协商的步骤，要加上版本号。便于未来更新算法。
  5. RSA 用作密钥替换是一个好的抉择吗？思考 PFS
    倡议间接放弃 RSA，RSA 服务器端性能比 ECDSA 更差，签名更大费流量，而且没有前向安全性，给私钥保存带来更大危险。
  6. 自建 PKI，是个好的抉择吗？crl 如何解决？
    自建 PKI 能够做到更平安，比方简略的客户端内置数字签名公钥。可是当须要紧急撤消一个证书的时候，只能通过紧急公布新版客户端来解决。
  7. 必须用蹩脚的 openssl 吗？or something better？crypto++,botan, nacl/libsodium, polarssl？libsodium: ed25519+curve2519+chacha20+poly1305
  8. 重放攻打如何解决？某种 seq？或者 nonce 如何生成？
  9. 握手过程被中间人篡改的问题怎么解决？
  10. 性能：私钥运算的 cpu 耗费能够接受吗？加上某种 cache？
    要解决私钥运算的高 cpu 耗费，必然就须要 session ticket/session id 这种 cache 机制。显然 session ticket 更好
  11. 提早：密钥协商须要几个 rtt？起码多少？加上 cache 后？和 tcp 比照如何
  12. TLS 的性能 (次要指服务器 cpu 耗费) 还有空间能够压迫吗？我能设计一个性能更牛逼的吗？

七. 附录：密码学根底概念

本文曾经很长了，根底概念的内容更多，再开展介绍就太长了，上面就列一下点，贴一下参考资料，就先这样, 当前再说吧。

当然，最好的材料是上面列的书。

1. 块加密算法 block cipher

AES 等

《AES 后分组明码的钻研现状 及发展趋势》
http://www.ccf.org.cn/resourc…

aead 的介绍（作者是大神）
https://www.imperialviolet.or…

3 种组合形式之争
http://www.thoughtcrime.org/b…

CBC 模式 +MAC-then-encrypt 的 padding oracle 攻打, tls POODLE 破绽
http://drops.wooyun.org/paper…
https://defuse.ca/blog/recove…

128 bit 和 256 bit key size 之争
https://www.schneier.com/blog…

nist 对 aes gcm 的技术标准，官网权威文档：
http://csrc.nist.gov/groups/S…

一个 gcm 的调用范例
https://github.com/facebook/c…

DES
1 天之内破解 DES（2008 年）
http://www.sciengines.com/com…

iPhone 5S 开始，A7 芯片也有了 aes 硬件指令 (ARMv8 指令集)，有 825% 的性能晋升：
http://www.anandtech.com/show…

2. 流加密算法 stream cipher

RC4，ChaCha20 等

序列密码倒退现状
http://www.ccf.org.cn/resourc…

rc4 : http://www.rc4nomore.com/

[RC4 加密已不再平安，破解效率极高（含视频）] http://www.freebuf.com/news/7…

3. Hash 函数 hash funtion

MD5，sha1，sha256，sha512 , ripemd 160，poly1305 等

MD5 被碰撞:
http://natmchugh.blogspot.com…

http://blog.avira.com/md5-the…

4. 音讯验证码函数 message authentication code

HMAC-sha256，AEAD 等

为什么要用 MAC
http://www.happybearsoftware….

Flickr 的破绽案例：
http://netifera.com/research/…

http://www.ietf.org/rfc/rfc21…

5. 密钥替换 key exchange

DH，ECDH，RSA，PFS 形式的（DHE，ECDHE）等

https://blog.cloudflare.com/a…

对于 前向安全性(Perfect Forward Secrecy)
http://vincent.bernat.im/en/b…

http://www.cryptopp.com/wiki/…

google 对 openssl 外面的椭圆曲线的优化：
http://static.googleuserconte…

http://www.math.brown.edu/~jh…

ripple 从 nistp256k1 曲线迁徙到 ed25519
https://ripple.com/uncategori…

openssh 6.5 开始反对 ed25519, curve25519, chacha20-poly1305
http://www.openssh.org/txt/re…

6. 公钥加密 public-key encryption

RSA，rabin-williams 等

RSA 入门必读（斯坦福，普渡的课件）：
http://crypto.stanford.edu/~d…
https://engineering.purdue.ed…

PKCS1 规范，利用 RSA 必读：
https://www.ietf.org/rfc/rfc3447

RSA 的公钥为什么比 AES 的 key 长？
http://crypto.stackexchange.c…

http://cryptofails.blogspot.c…

应用什么 padding？OAEP，为什么不要用 PKCS V1.5

http://stackoverflow.com/ques…

http://crypto.stackexchange.c…
http://en.wikipedia.org/wiki/…

PKCS #1 — #15 标准协议官方网站：
http://www.emc.com/emc-plus/r…
http://arxiv.org/pdf/1207.544…

blinding 一种实现上的技术，用来解决 timing 侧通道攻打的问题
https://en.wikipedia.org/wiki…(cryptography)
http://crypto.stanford.edu/~d…

Twenty Years of Attacks on the RSA Cryptosystem:
http://crypto.stanford.edu/~d…

电子信封(digital envelope)
http://www.emc.com/emc-plus/r…

在 openssl 的 evp 接口中有间接反对：
https://wiki.openssl.org/inde…

7. 数字签名算法 signature algorithm

RSA，DSA，ECDSA (secp256r1 , ed25519) 等

三大公钥体制：RSA，DSA，ECDSA
RSA 目前是支流，占据绝大多数市场份额
DSA 曾经被废除
ECDSA 是将来的趋势，例如 bitcoin 就用 ECDSA
https://blog.cloudflare.com/e…
https://blog.cloudflare.com/a…

8. 明码衍生函数 key derivation function

TLS-12-PRF(SHA-256) , bcrypto，scrypto，pbkdf2 等

hkdf：http://tools.ietf.org/html/rf…
https://cryptography.io/en/la…

9. 随机数生成器 random number generators

/dev/urandom 等

[古代密码学实际指南[2015 年]] https://blog.helong.info/blog…

八. 参考文献：

TLS/SSL 相干 RFC 及规范

  • [TLS 1.2] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [TLS 1.3 draft specification] 链接 https://github.com/tlswg/tls1…
  • [AES GCM for TLS] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [ECC cipher suites for TLS] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [TLS extensions] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [Application-Layer Protocol Negotiation Extension] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [X.509 PKI] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [X.509 PKI and CRLs] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [美国国家标准局 NIST 的密码学规范] 链接 http://csrc.nist.gov/groups/S…
  • [NIST SP 800-90A] 链接 http://csrc.nist.gov/publicat…
  • [nsa 的 SuiteB 密码学规范] 链接 https://www.nsa.gov/ia/progra…
  • [TLS on wikipedia] 链接 https://en.wikipedia.org/wiki…

协定剖析文章

  • http://www.root.org/talks/TLS…
  • [20 Years of SSL/TLS Research An Analysis of the Internet’s Security Foundation] 链接 http://www-brs.ub.ruhr-uni-bo…
  • https://www.slideshare.net/ya…
  • http://security.stackexchange…
  • [SSL/TLS in Detail] 链接 https://technet.microsoft.com…(v=ws.10).aspx
  • [SSL/TLS] 链接 http://www.spiegel.de/media/m…
  • [The Sorry State Of SSL] 链接 https://hynek.me/talks/tls/
  • [What’s the matter with TLS?] 链接 http://hyperelliptic.org/inte…
  • http://blog.csdn.net/CaesarZo…
  • )
  • [X.509 PKI and CRLs] 链接 https://tools.ietf.org/html/r…
  • [Layman’s Guide to ASN.1] 链接 http://luca.ntop.org/Teaching…

理论部署调优相干

  • https://bit.ly/gottls
  • https://istlsfastyet.com/
  • https://www.imperialviolet.org/
  • https://letsencrypt.org/
  • http://chimera.labs.oreilly.c…
  • [RSA Conference 2015 : New Trends In Cryptographic Algorithm Suites Used For TLS Communications] 链接 http://www.rsaconference.com/…

密码学相干

  • [Stanford Cryptography open course] 链接 https://www.coursera.org/cour…
  • [crypto101，一本很棒的开源电子书] 链接 http://crypto101.io
  • [古代密码学实践与实际] 链接 https://book.douban.com/subje… – 毛文波
  • [古代密码学: 原理与协定] 链接 http://book.douban.com/subjec… – Katz and Lindell
  • [“Modern Crypto: 15 Years of Advancement in Cryptography”— 2015 defcon 大会 Steve Weis 演讲] 链接 http://saweis.net/pdfs/weis-m…
  • 强烈建议不要看 90 年代的书，广泛重大过期，比方《利用密码学：协定、算法与 C 源程序（原书第 2 版）》
  • [DJBs crypto page] 链接 http://cr.yp.to/crypto.html
  • [DJBs entropy attacks] 链接 http://blog.cr.yp.to/20140205…
  • [Cryptographic Right Answers] 链接 https://gist.github.com/tqbf/…
  • http://www.slideshare.net/yas…
  • [Schneier 对于密码学 2010 年现状的评述] 链接 <https://www.schneier.com/blog…
  • http://security.stackexchange…
  • http://chargen.matasano.com/c…
  • http://kodu.ut.ee/~swen/publi…
  • https://www.enisa.europa.eu/a…
  • https://github.com/sweis/cryp…
  • [Cryptographic Best Practices in the Post-Snowden Era] 链接 http://pages.uoregon.edu/joe/…
  • [Crypto War] 链接 http://en.wikipedia.org/wiki/…
  • [52 Things People Should Know To Do Cryptography] 链接 http://www.cs.bris.ac.uk/Rese…
  • http://bristolcrypto.blogspot…
  • https://www.schneier.com/
  • https://www.imperialviolet.or…
  • https://crypto.stanford.edu/~…
  • http://saweis.net/pdfs/weis-m…

相干开源我的项目

  • [GoTLS] 链接 http://golang.org/pkg/crypto/… – go 语言本人搞的 TLS 协定实现
  • [OpenSSL] 链接 https://www.openssl.org/ – 事实上的规范
  • [LibreSSL] 链接 http://www.libressl.org/ – OpenBSD 搞的 OpenSSL 的分支，代码可读性大大提高
  • [BoringSSL] 链接 https://boringssl.googlesourc… – Google Security team 保护的 OpenSSL 分支
  • [NSS] 链接 https://developer.mozilla.org… – Mozilla 保护的 TLS 协定实现
  • [s2n] 链接 https://github.com/awslabs/s2n/ – Amazon 搞的 tls 协定实现
  • [MiTLS] 链接 http://www.mitls.org/wsgi/home , [TLS Attacks] 链接 http://www.mitls.org/wsgi/tls…
  • [NaCL] 链接 http://nacl.cr.yp.to/ and [libsodium] 链接 https://github.com/jedisct1/l…
  • [spiped] 链接 http://www.tarsnap.com/spiped…

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