SSL のハンドシェイクについて

1. SSL のハンドシェイクについて 〜絶対に守りたい秘密がある〜
2. 自己紹介
3. 自己紹介 • 名前: firedial • 生後: 10075日目 • 出身: 滋賀県東近江市 • 仕事: サーバーサイドエンジニア(PHP のはずだが最近は Vue.js と TypeScript を触っている) • 趣味: ビリヤード(自粛中)、都内散策(自粛中)、カメラ(自粛 中)、雀魂
4. 今日のお話 • https 通信使われている技術ってなんだろう？？ ◦ SSL というプロトコルが使われている！！ ▪ どのように安全性が確保されているのだろうか？ • 気になって調べてみた
5. 前提知識
6. 説明するに当たって必要な知識 • 共通鍵暗号方式 • 公開鍵暗号方式 • ハイブリッド暗号方式 • ハッシュ関数 • メッセージダイジェスト • SSL/TLS
7. 共通鍵暗号方式 • 秘密を共有したい 2 者間で同じ鍵を使う方式 • 種類: DES, 3DES, AES, RC4 • 長所: 公開鍵暗号方式と比べて処理が早い • 短所: 通信する相手ごとに鍵を準備しないといけない
8. 公開鍵暗号方式 • 暗号化する鍵と復号する鍵が異なる方式 • 種類: 後述 • 長所: 公開鍵と秘密鍵を 1 組作成すれば使いまわせる • 短所: 共通鍵暗号方式に比べて処理が遅い
9. 公開鍵暗号方式 • 公開鍵暗号の目的は暗号化、鍵交換、署名の 3 つがある • 鍵交換 ◦ DH, RSA, 楕円曲線暗号 • 暗号化 ◦ RSA, 楕円曲線暗号 • 署名 ◦ RSA, DSA, 楕円曲線暗号 ※楕円曲線暗号は特定のアルゴリズムを指すものではない
10. ハイブリッド暗号 • 共通鍵暗号と公開鍵暗号両方使う方式 • 公開鍵暗号は共通鍵暗号の共通鍵を共有するために使う • 共有後は共通鍵を使って暗号化する ◦ SSL もこの方式である
11. ハッシュ関数 • 任意の長さのデータを固定長のデータに圧縮する、次の性質 を持つ関数 ◦ 一方向性 ◦ 第 2 原像計算困難性 ◦ 衝突困難性 • MD5, SHA-1, SHA-256, SHA-512
12. メッセージダイジェスト • ハッシュ関数は MAC (Massage Authentication Code) という 技術でも使われる • 送信側と受信側で共通している秘密鍵 (MAC 鍵という) を用 いて真正性と完全性を保証する
13. メッセージダイジェスト(例) • MAC 鍵: hito_no_okane_de_yakiniku_tabetai • 送信したいメッセージ: 5000_choen_hoshii • sha-256(5000_choen_hoshii + hito_no_okane_de_yakiniku_tabetai) = b1b575b2ddd2057d254ef731b7106bef41af5f53277475e01789a31e31b3f7b6 • 送信者は 5000_choen_hoshii とハッシュ値 (MAC 値という) b1b57… を送る • 受信者は受け取ったメッセージと共有している MAC 鍵でメッ セージが正しいか検証する
14. SSL/TLS • SSL とは 2 台のマシン間を結ぶ安全な通信路を提供するプロ トコル • TLS は SSL の後続のプロトコル • その二つは(中身は似ているものの)違うものである • TLS であっても SSL や SSL/TLS と呼ことが多い(らしい)
15. SSL のハンドシェイク
16. SSL 通信の全体像 クライアント サーバ TCP の 3 ウェイハンドシェイク SSL のハンドシェイク データ転送 SSL の終了 TCP の切断 TCP SSL
17. SSL のハンドシェイクの目的 SSL のハンドシェイクの目的は 3 つある • クライアントとサーバでデータ保護にどのアルゴリズムを使う か共有する • その暗号技術に使われる鍵を共有する • クライアントの認証 (必須ではない)
18. データ保護のアルゴリズム 暗号スイート 認証 鍵交換 暗号 ダイジェスト 番号 TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA RSA RSA 3DES_EDE_CBC SHA 0x000A TLS_DH_DSS_WITH_3DES_EDE_CBC_ SHA DSS DH 3DES_EDE_CBC SHA 0x000D TLS_RSA_WITH_RC4_128_MD5 RSA RSA RC4_128 MD5 0x0004 ※他にも暗号スイートはたくさんある https://tools.ietf.org/html/rfc5246#page-75
19. 実際の接続
20. 全体の流れ 右図のようなハンドシェイクを 行なっている ※次ページ以降で詳細を説明して いくが、今回の話題から逸れるとこ ろは割愛している クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
21. ClientHello • クライエントが使用できる 暗号スイート一覧を送る • 鍵生成用にランダムな 32 バイトの値を送る (client_random) クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
22. ServerHello • どの暗号スイートを選ん だか送る • 鍵生成用にランダムな 32 バイトの値を送る (server_random) クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
23. Certificate • 公開鍵を送信する クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
24. ServerHelloDone • このフェーズのすべて送 信が完了したことを知ら せる • Certificate の後に送信で きるオプションがあるため クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
25. ClientKeyExchange • Certificate で受け取った 公開鍵で暗号化した pre_master_secret と呼 ばれる鍵を送信する ※暗号化ではなく、鍵交換ア ルゴリズムでもよい クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
26. ChangeCipherSpec • 送信側の実装がネゴシ エート済みの別のアルゴ リズムと鍵の素材に切り 替えたことを通知 • 後続のメッセージからそ れらのアルゴリズムを使う ことを通知 クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
27. Finished • ネゴシエートされた暗号 技術で暗号化される最初 の通信 • ハンドシェイクのメッセー ジのダイジェストを送信す る(改竄検知のため) クライアント サーバ Handshake: ClientHello Handshake: ServerHello データ転送 Handshake: Certificate Handshake: ServerHelloDone Handshake: ClientKeyExchange ChangeCipherSpec Handshake:Finished ChangeCipherSpec Handshake:Finished
28. 鍵の生成 • client_random, server_random, pre_master_secret を用い て master_secret を作る • master_secret, client_ramdom, server_random を用いて共 通鍵暗号の共通鍵、 MAC 鍵を作成する ◦ これによって暗号通信が行われる！
29. まとめ
30. まとめ • SSL 通信の暗号方式は、共通鍵と公開鍵両方をつかうハイブ リッド方式を使っている • ハンドシェイクは実質 2 往復しかしていない(意外！) • master_secret から共通鍵や MAC 鍵が作られている
31. もっと話したかったこと • サーバの公開鍵は本物であることを示す方法 • master_secret の作り方 • 暗号化、復号の計算コスト • ディジタル署名
32. 参考文献
33. 参考文献 • マスタリングTCP/IP 情報セキュリティ編 (齋藤孝道 著) 2013年 p15-16, p35-36, p55, p58, p124 • マスタリングTCP/IP SSL/TLS編 (Eric Rescorla 著、齋藤 孝道 監訳、鬼頭 利之 監 訳、古森 貞 監訳) 2003年 p52-61, p75, p83-95 • 情報処理推進機構(IPA) PKI 関連技術情報, 2.2.4 公開鍵暗号方式の種類 2009/9/1 最終更新 (最終閲覧日: 2020/5/24) https://www.ipa.go.jp/security/pki/022.html