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作者：IT 影子 \
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HTTP/ 3 是超文本传输协定（HTTP）的第三个正式版本，将改善网络性能和稳定性，解决各种平安隐衷问题，但尽管如此，仍存在一些平安挑战。
HTTP/ 3 不再应用传输控制协议（TCP），相同，将应用 2012 年谷歌提出的 QUIC 传输协定。实际上，HTTP/ 3 前身是 HTTP-over-QUIC。
2018 年 10 月，互联网工程工作组（IETF）HTTP 和 QUIC 工作组主席 Mark Nottingham 提出了将 HTTP-over-QUIC 更名为 HTTP/3
QUIC 是基于用户数据包协定（UDP）连贯的复用版本的传输层协定。与 TCP 不同，UDP 不遵循 TCP 三向交握，而是应用单个 UDP 往返。因而，在用户代理和 Web 服务器之间的每个连贯都应用 UDP，QUIC 协定极大地改善了任何 web 组件的网络性能。
同样，QUIC 依附多路复用来在单个连贯上无缝地治理用户代理与服务器之间的多个交互，而没有一个阻塞另一个，因而与以前的版本相比，有助于进步性能。从性能和稳定性的角度思考，HTTP/ 3 仿佛都有很大的劣势。从安全性来说，HTTP/ 3 有其先进性也有其局限性。
平安劣势
1. 端到端加密
TCP 协定旨在确保在传输过程中进行无效负载加密，然而对于特定传输的信息仍未加密，所以这会引发许多平安和隐衷问题。预防攻打的对策不是在 TCP 堆栈上，而是在解决协定和网络的网络设备和两头盒上。此外，解析器能够克服负载均衡器和其余网络设备中的这些问题，但它们也还存在重大的性能问题，并且可能会限度网络倒退速度和可靠性。
应用 QUIC 协定时，只有网段中的必填字段未加密，而其余信息默认状况下是加密的。通过查看 TCP 和 QUIC 的网络段，咱们发现包含数据包标记（数据包 NR 和 ACK NR），窗口和选项的字段在 QUIC 中已加密，但在 TCP 中未加密。QUIC 中倡议加密有助于避免普遍存在的监督攻打（在 HTTP / 3 的前身中很广泛）以及协定工件和元数据、应用程序数据的侵入式信息收集。
上面的图 1 显示了 QUIC 协定在网络分析器工具 Wireshark 中的出现形式。依据 QUIC 的网段，互联网协议（IP）层保留源 IP 地址和指标 IP 地址信息。UDP 保留源端口和指标端口，而 QUIC 蕴含公共标记，数据包编号，连贯 ID 和加密的无效负载。
2.TLS 平安连贯
为了在连贯期间反对端到端加密，QUIC 次要依赖于加密和传输层握手。因为 QUIC 间接与 TLS 1.3 交互，因而它可用于所有原始连贯的受权加密，并且没有禁用 TLS。QUIC 还负责确保建设平安连贯，同时思考到所有原始连贯的机密性和完整性爱护。与 HTTP / 2 + TLS 实现不同，QUIC 在其传输上下文中解决 TLS 握手和警报机制，这反过来又帮忙 QUIC 利用从握手替换的密钥来建设密码保护。
如果咱们从整体上思考该协定，则 TLS 和 QUIC 之间存在两个次要通信：
QUIC 为 TLS 提供了稳固的流形象，通过 QUIC 发送和接管音讯。
TLS 应用以下内容更新 QUIC 组件。
1. 机密的、通过身份验证的加密算法和密钥派生性能（KDF）
2. 数据包爱护密钥
3. 协定状态更改（例如握手状态、服务器证书）
与应用 TLS 的“application_data”记录的 HTTP/ 2 不同，QUIC 应用 STREAM 帧，通过 QUIC 数据包模式展示。TLS 握手以 CRYPTO 帧的模式造成，次要由连续流中的握手数据组成。QUIC 旨在并行发送数据包，有时会将不同的音讯捆绑成一个音讯并加密，因为这些音讯具备雷同的加密级别。此性能为网络性能提供了极大的劣势，同时确保在传输过程中利用正确的加密模式。
3. 齐全正向保密性
当在用户代理和服务器之间替换长期私钥时，能够实现协定中的齐全前向保密性（PFS）。用户代理启动的每个会话都应用新的惟一会话密钥，并且它与先前的会话密钥没有任何关系。通过为每次传输应用独自的会话密钥，即便任何会话密钥被泄露，来自较早或未来会话的任何信息也不会受到破坏。从加密角度来看，没有密钥替换能够提供完满前向保密性。然而，齐全正向保密性，一个新术语对 PFS 的实现提供了可能。
QUIC 应用 TLS 1.3，该协定反对椭圆曲线（EC）DHE 密钥替换或无限字段上的预共享密钥（PSK）和 Diffie-Hellman（DH）。0-RTT 密钥替换提供了齐全的正向保密性，因为加密标准仅承受通过 0 -RTT 握手的前向平安连贯。只管 TLS 1.2 还反对前向保密性，但从技术上讲，当用户代理发送由只有服务器已知的对称密钥爱护的秘密材料正本时，正向保密性在会话复原期间会失落。该协定甚至为用户代理和服务器之间的初始音讯提供了齐全的正向窃密。此外，因为 QUIC 协定不反对长期密钥，因而 QUIC 借助 TLS 1.3 能够应用其协定层为应用程序提供齐全正向窃密性能。
4. 重放攻打防护
除了随机数，QUIC 实现还用于存储密钥派生的客户端值。服务器会辨认并回绝具备雷同密钥派生值和随机数的任何反复申请。思考到用户代理和服务器之间的协定通信开销，这种设计被称为性能噩梦。从实践上讲，该解决方案看似实用，然而在实践中，该协定可能会变得很占内存并导致性能问题。以后的设计不是最好的，然而从协定层面来说，这会避免任何服务器屡次承受同一密钥。同样，QUIC 在初始步骤中不提供重放爱护，而是在服务器初始回复后立刻开始爱护。QUIC 是让初始交易能失去应用程序爱护并缩小协定所占内存。思考到 Web 组件可能会应用从会话密钥派生的密钥，因而在此阶段可能会产生重放攻打。然而，能够在应用程序层面应用预防措施来加重这种状况。
5.IP 坑骗爱护
QUIC 在握手期间反对地址验证，并且须要签名的地址证实，从而打消了任何 IP 坑骗攻打。IP 地址坑骗问题次要在 QUIC 中通过宽泛利用“源地址令牌”来解决，“源地址令牌”是服务器的通过身份验证的加密块，其中蕴含用户代理的 IP 地址和服务器的工夫戳。用户代理能够重复使用服务器生成的源地址令牌，除非连贯更改、IP 地址不在变动。因为源地址令牌用作承载令牌，因而它们能够重复应用，并且能够绕过服务器设置的任何 IP 地址限度。因为服务器仅响应令牌中的 IP 地址，因而即便是被盗的 cookie 或令牌也不会胜利进行 IP 坑骗。
6. 避免 SSL 降级
TLS 1.3 能够避免 TLS 降级攻打，因为该协定规定了所有握手通信的密钥哈希，并且要求握手接管方验证发送的密钥哈希。在握手过程中，任何检测到的对客户端性能的篡改尝试都将导致握手终止并呈现谬误。此外，检测还波及用户代理与服务器之间的证书验证音讯，包含无关特定连贯的所有先前音讯的 PKCS RSA 哈希签名。QUIC 中的校验和实现将胜利避免 TLS 降级攻打。
平安挑战
1.0-RTT 复原破绽
HTTP / 3 的最大劣势之一是 0 -RTT 复原，它能够极大地提高连贯速度并缩小提早。然而，仅当胜利建设了先前的连贯，并且以后交易应用在上一次连贯期间建设了预共享秘密时，这一劣势才发挥作用。
0-RTT 复原性能存在一些平安方面的毛病。最常见的攻打媒介之一是重放攻打，当对手从新发送初始数据包时可能会造成这种攻打。在特定的状况下，这可能会迫使服务器认为该申请来自先前已知的客户端。复原 0 -RTT 的另一个平安毛病是齐全前向窃密的局部生效。如果对手毁坏了令牌，那么他们就能够解密用户代理发送的 0 -RTT 通信内容。
2. 连贯 ID 操纵攻打
连贯 ID 操纵攻打要求将攻击者处在用户代理与服务器之间。他们能够在替换客户端和服务器问候音讯的初始握手期间操纵连贯 ID。握手将照常进行，服务器假设已建设连贯，然而用户代理将无奈解密，因为连贯 ID 须要加密密钥派生过程的输出步骤，并且用户代理和服务器将计算不同的加密键。用户代理最终将超时，并向服务器发送谬误音讯，告知连贯已终止。因为客户端应用原始的加密密钥将谬误音讯加密到服务器，因而服务器将无奈解密，并且将放弃连贯状态，直到闲暇连贯超时（通常在 10 分钟内）到期为止。
当大规模执行时，雷同的攻打可能会对服务器造成拒绝服务攻打，并保留多个连贯，直到连贯状态过期。放弃连贯无效的另一种攻打办法是更改其余参数，例如源地址令牌，从而避免客户端建设任何连贯。
2.UDP 放大攻打
为了胜利进行放大攻打，攻击者必须坑骗受害者的 IP 地址，并将 UDP 申请发送到服务器。如果服务器发回更重要的 UDP 响应，则攻击者能够大规模利用此服务器行为并创立 DDOS 攻打情景。
具体来说，在 QUIC 中，当对手从指标承受地址验证令牌并开释最后用于生成令牌的 IP 地址时，就会产生 UDP 放大攻打。攻击者能够应用雷同的 IP 地址将 0 -RTT 连贯发送回服务器，该 IP 地址可能已被改为指向不同的端点。通过执行此设置，攻击者能够潜在地批示服务器向受益服务器发送大量流量。为了避免这种攻打，HTTP / 3 具备速率限度性能和短暂的验证令牌，能够充当 DDOS 攻打的弥补管制，同时局部缓解攻打情景。
3. 流量耗尽型攻打
当对手无意启动多个连贯流时，就会产生流耗尽攻打，这可能导致端点耗尽。攻击者能够通过重复提交大量申请来利用穷尽序列。只管特定的传输参数可能会限度并发流动流的数量，然而在某些状况下，可能会成心将服务器配置设置为更高数值。因为服务器的协定配置减少了协定性能，因而受益服务器可能成为此类攻打的指标。
4. 连贯重置攻打
连贯重置攻打次要是向受害者发送无状态重置，从而可能产生相似于 TCP 重置注入攻打的拒绝服务攻打。如果攻击者能够取得具备特定连贯 ID 的连贯生成的重置令牌，则可能存在潜在的攻打媒介。最初，攻击者能够应用生成的令牌重置具备雷同连贯 ID 的流动连贯，从而使服务器期待连贯，直到产生超时为止。如果大规模进行此攻打，则服务器必须大量耗费其资源，以期待连贯实现。
5.QUIC 版本降级攻打
QUIC 数据包爱护为通信中的所有数据包（版本协商数据包除外）提供身份验证和加密。版本协商数据包旨在协商用户代理和服务器之间 QUIC 的版本。该性能可能容许攻击者将版本降级到 QUIC 的不平安版本。该攻打目前临时不会产生，因为只有 QUIC 的一个版本，然而未来须要留神。
6. 短少监督反对
只管一些用户代理，服务器和信用良好的网站反对 HTTP3 / QUIC，然而许多网络设备（例如反向 / 正向代理，负载均衡器，Web 应用程序防火墙和安全事件监督工具）并不齐全反对 HTTP / 3。与 TCP 不同，QUIC 连贯中不须要套接字，这使得检测主机和歹意连贯变得更加艰难。歹意攻击者可能可能通过 QUIC 中继歹意有效载荷并执行数据泄露攻打，并且放弃隐身状态，因为大多数检测工具无奈检测到 QUIC 流量。
QUIC 的历史
2016 年，互联网工程工作组（IETF）开始标准化 Google 的 QUIC，并发表 IETF QUIC 成为新 HTTP / 3 版本的根底。然而，出于性能和平安方面的思考，IETF QUIC 与原始 QUIC 设计天壤之别。
TCP 上的传统 Web 流量须要三向握手。QUIC 应用 UDP，因为往返次数缩小和发送的数据包缩小，因而提早缩小，从而放慢了网络流量传输。UDP 除了速度更快之外，还具备其余长处，包含连贯迁徙、改良提早、拥塞管制和内置加密。依据 Google 的说法，“与 TCP + TLS 的 1 - 3 次往返相比，QUIC 握手通常须要零往返来发送无效负载。”第一个连贯须要一个往返，而随后的连贯则不须要任何往返。同样，因为 QUIC 用于多路复用操作，因而与 TCP 相比，它在数据包失落方面做得更好，并且握手速度更快。
Google 的 QUIC 版本当初是 gQUIC。从 gQUIC 进化的 HTTP / 3，具备了重大的改良，并失去 IETF 工作组的奉献和加强。只管从技术上讲 HTTP / 3 是残缺的应用程序协定，但 QUIC 指的是根底传输协定，它不限于服务 Web 流量。UDP 是无连贯的，不是很牢靠。QUIC 通过在 UDP 上增加相似于 TCP 的堆栈，来增加牢靠的连贯，并在其之上从新发送具备流控制性能的形式来克服这些限度，同时解决了 TCP 的行头阻塞问题。
HTTP / 3 应用 UDP，相似于 HTTP / 2 应用 TCP 的形式。每个连贯都有几个并行流，这些并行流用于通过单个连贯同时传输数据，而不会影响其余流。因而，与 TCP 不同，为特定的单个流承载数据的失落数据包只会影响该特定的流。而后，每个流帧都能够在达到时立刻调配给该流，因而能够在不失落任何流的状况下持续在应用程序中重新组合。QUIC 的这种连贯建设策略是通过加密和传输握手的组合来实现的。
和 HTTP/ 2 的比拟剖析
QUIC 旨在通过加重 HTTP/ 2 的数据包失落和提早问题来进步性能。尽管 HTTP/ 2 对每个数据起源应用单个 TCP 连贯，但这会导致行头阻塞问题。例如，一个申请的对象可能会停滞在另一个蒙受失落的对象之后，直到该对象复原为止。QUIC 通过将 HTTP/ 2 的流层向下推送到传输层来解决此问题，从而防止了应用程序层和传输层的问题。HTTP/ 3 还反对多路复用，在与 TLS 间接集成的同时，提供独立于其余连贯申请的申请。只管 HTTP/ 2 和 HTTP/ 3 的工作形式类似，但以下是 HTTP/ 2 和 HTTP/ 3 的一些重要区别。
从网络堆栈的角度来看，HTTP/ 2 宽泛应用了合乎 HTTP 规范的 TLS 1.2+，底层的 TCP 充当了传输协定。然而，在 HTTP/ 3 中，默认状况下，除了 QUIC 以外，还应用 TLS 1.3，而 UDP 是传输协定。下图阐明了 QUIC 在网络协议堆栈中的地位。相比之下，以前的版本应用 TLS 1.2，并应用 TCP 的拥塞管制失落复原性能，而 HTTP/ 2 解决多流性能。
连贯 ID 的劣势
TCP 连贯即利用数据源和指标网络实体（次要是地址和端口）来标识特定连贯。然而，QUIC 连贯应用连贯 ID，它是 64 位随机生成的客户端标识符。这项更改对于以后的 Web 技术十分无利，次要是因为要求它们反对用户的移动性。如果用户从 Wi-Fi 网络挪动到蜂窝网络，则 HTTP/2 TCP 协定将须要基于以后地址建设新的连贯。然而，因为 HTTP/3 QUIC 协定应用随机连贯 ID，因而当从蜂窝网络转移到 Wi-Fi 连贯时，HTTP/ 3 上的客户端更改 IP 地址将持续应用现有的连贯 ID 而不会中断。
从协定的角度来看，连贯 ID 提供了其余益处。服务器和用户代理能够应用连贯 ID 辨认原始连贯和重传连贯，并防止 TCP 中普遍存在的重传歧义问题。
论断
QUIC 已取得少数浏览器的反对。YouTube 和 Facebook 等重要网站已启用该性能，能够更快地加载页面。在撰写本文时，目前只有 4%的顶级网站反对 QUIC。微软曾经发表，他们将在内核中交付带有通用 QUIC 库 MsQuic 的 Windows，以反对各种收件箱性能。
QUIC 和 HTTP/ 3 旨在满足当今互联网网络性能、可靠性和安全性的指标。强制性反对 TLS 1.3 的安全性失去了显着改善，从而解决了 HTTP/ 2 和晚期版本的 HTTP 的弱点。在 HTTP/ 3 传输过程中应用端到端加密有助于抵挡攻击者和数据聚合者的一些隐衷问题。只管存在一些弱点，但从性能和安全性角度来看，HTTP/ 3 仍将持续倒退，不管怎么说都是对 HTTP/ 2 的重大改良。
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