طبقة سجلات TLS ومجموعات الشيفرات

طبقة سجل TLS هي الطبقة الفرعية للنقل في TLS. وهي تقسّم البيانات إلى سجلات يصل حجمها إلى 16 كيلوبايت، وتضغطها اختياريًا (في TLS 1.2 فقط)، وتشفّرها باستخدام AEAD، ثم تضيف ترويسة بطول 5 بايتات.

البايت 0: ‏ContentType ‏(20=ChangeCipherSpec، 21=Alert، 22=Handshake، 23=ApplicationData). البايتان 1-2: الإصدار القديم (0x0303 للتوافق مع TLS 1.2). البايتان 3-4: طول الحمولة التالية.

في TLS 1.3، يُشفَّر كل سجل باستخدام AEAD (مثل AES-GCM). ويُشتق nonce عبر إجراء XOR بين رقم التسلسل الضمني وtraffic IV. أما AAD فهي ترويسة السجل ذات 5 بايتات. وتُلحَق علامة المصادقة.

TLS_AES_128_GCM_SHA256 = تبادل المفاتيح (‏ECDHE ضمني في TLS 1.3) + ‏AES-128-GCM ‏(AEAD) + ‏SHA-256 ‏(من أجل HKDF). أما في TLS 1.2، فتسمّي TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256 جميع المكونات صراحةً.

يحظر TLS 1.3 ما يلي: RC4 (مجرى مفاتيح منحاز)، و3DES (هجوم الالتقاء من المنتصف وSweet32)، ونمط CBC (‏BEAST وLucky13 وPOODLE)، والتشفير NULL، والشفرات بدرجة التصدير (40 بتًا)، واستخدام MD5/SHA-1 في PRF. ولم تبقَ إلا مجموعات AEAD.

تُقسَّم سجلات TLS الكبيرة إلى أجزاء لا يتجاوز حجم كل منها ≤16 KB. ويُشفَّر كل جزء بصورة مستقلة. ويعيد الطرف المستقبِل تجميع السجلات قبل تمريرها إلى طبقة التطبيق. ولا تحمل حدود التجزئة أي دلالة معنوية.

تُرسَل التنبيهات كسجلات TLS مع ContentType=21. وتتكون من بايتين: المستوى (1=warning، 2=fatal) + الوصف (0=close_notify، 40=handshake_failure، 42=bad_certificate، 70=protocol_version). وتُنهي التنبيهات القاتلة الاتصال.

يبدأ رقم التسلسل الخاص بكل سجل من 0 ويزداد بمقدار 1. ويُمدَّد إلى طول IV (12 بايتًا في GCM)، ثم يُجرى XOR بينه وبين IV لحركة المرور. ويمنع ذلك إعادة استخدام nonce بين السجلات من دون إرسال nonce صراحةً.

يُفضَّل استخدام TLS_AES_256_GCM_SHA384 لأمان بمستوى 256 بت. استخدموا TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256 للأجهزة المحمولة أو المضمنة التي لا تتوفر فيها AES-NI. وتجنبوا مجموعات التشفير ذات 128 بت للبيانات شديدة الحساسية وطويلة الأجل.

يكيّف DTLS (RFC 6347) بروتوكول TLS للعمل عبر UDP. ويضيف أرقام تسلسل إلى ترويسات السجلات، ويتعامل مع إعادة الترتيب، ويستخدم مصافحة قائمة على cookie لمنع هجمات DoS. ويُستخدم في WebRTC وشبكات VPN وبروتوكولات IoT.

استخدموا الوحدة ssl أو scapy لالتقاط سجلات TLS. عند ضبط SSLKEYLOGFILE، يفك Wireshark تشفير السجلات تلقائيًا. وتفك Python's ssl.SSLSocket.read() التشفير بشفافية في طبقة التطبيق.

ممَّ تحمي قيمة رقم التسلسل في تشفير سجلات TLS 1.3؟

لقد فهمتم بنية سجلات TLS وتشفير AEAD واشتقاق nonce واختيار مجموعة التشفير. والخطوة التالية هي التعرّف إلى كيفية تحقّق TLS من شهادات الخادم أثناء المصافحة.