TLS — Transport Layer Security

TLS gir konfidensialitet, integritet og autentisering på transportlagsnivå. Brukes i HTTPS, SMTPS, IMAPS og mange andre protokoller.

TLS 1.2 håndtrykk

ClientHello: Klient sender støttede cipher suites, TLS-versjon og klient-tilfeldig $r_C$.
ServerHello: Server velger cipher suite, sender server-tilfeldig $r_S$.
Certificate: Server sender X.509-sertifikat (chain).
ServerKeyExchange: (hvis DHE/ECDHE) Sender DH-parametre signert med privat nøkkel.
ClientKeyExchange: Klient sender pre-master secret (RSA-kryptert eller DH-bidrag).
ChangeCipherSpec + Finished: Begge bytter til kryptert modus og bekrefter håndtrykk OK.

Fra pre-master secret + $r_C$ + $r_S$ avledes master secret via PRF. Fra master secret avledes krypterings- og MAC-nøkler.

TLS 1.3 — viktige forbedringer

1-RTT håndtrykk (mot 2-RTT i TLS 1.2). 0-RTT for gjenopprettede sesjoner (men sårbar for replay — ikke for ikke-idempotente operasjoner).
Fjerner svake algoritmer: RSA-kryptering (kun signaturer tillatt), RC4, CBC-kryptering, SHA-1, MD5, statisk DH.
Kun ECDHE og DHE for nøkkelutveksling — gir PFS.
Kun AEAD-chiffer: AES-GCM og ChaCha20-Poly1305.
Håndtrykket krypteres tidlig — etter ServerHello er alt kryptert.

Eksempel 1 — TLS 1.3 håndtrykk sekvens

Tegn RTT-grenser for et normalt TLS 1.3-håndtrykk mellom klient $C$ og server $S$.

RTT 0 (klientens første melding): $C \to S$: ClientHello (med key_shares for ECDHE-grupper)

RTT 0 (serverens svar): $S \to C$: ServerHello + {EncryptedExtensions + Certificate + CertificateVerify + Finished} (kryptert)

RTT 1: $C \to S$: {Finished} (kryptert). Applikasjonsdata kan sendes nå (1-RTT).

Perfect Forward Secrecy (PFS)

PFS betyr at kompromittering av serverens langtids private nøkkel ikke kompromitterer tidligere kommunikasjon. Oppnås ved efemere nøkler (ECDHE): server bruker ny ECDH-nøkkel per TLS-sesjon — langtids privat nøkkel brukes kun til å autentisere DH-bidraget via signatur. Sesjons-nøkler kastes etter bruk.

IPsec

IPsec gir sikkerhet på nettverkslagsnivå — transparent for applikasjoner.

To protokoller:

AH (Authentication Header): Integritet og autentisitet for IP-pakker (inkl. header). Ingen kryptering. Protokollnummer 51.
ESP (Encapsulating Security Payload): Kryptering + integritet + autentisitet for payload. Protokollnummer 50.

To modi:

Transport mode: Beskytter bare payload. Originale IP-headere synlige. Brukes for ende-til-ende mellom to verter.
Tunnel mode: Kapsler inn hele IP-pakken i en ny IP-pakke. Brukes i site-to-site VPN (gateway-til-gateway).

IKE (Internet Key Exchange)

IKEv2 (RFC 7296) etablerer IPsec Security Associations — autentiserer parter og utveksler sesjons-nøkler. Bruker DH for nøkkelutveksling. Støtter PKI-sertifikater og pre-shared keys.

Studieguide: TLS og sikre kommunikasjonsprotokoller