Что такое шифрование в интернете
Передача данных между устройством пользователя и веб-сервером проходит через множество промежуточных узлов: маршрутизаторы провайдера, магистральные каналы, точки обмена трафиком. На каждом из этих этапов данные теоретически могут быть перехвачены. Шифрование решает эту задачу, превращая читаемую информацию в последовательность байтов, расшифровать которую может только конечный получатель.
История протоколов шифрования для веба начинается с SSL — Secure Sockets Layer, разработанного компанией Netscape в середине 1990-х годов. Первая публичная версия SSL 2.0 появилась в 1995 году и содержала ряд архитектурных уязвимостей. SSL 3.0 исправил часть проблем, но к началу 2000-х стало очевидно, что протокол требует фундаментальной переработки.
Переход от SSL к TLS
Transport Layer Security (TLS) стал преемником SSL. Версия TLS 1.0, выпущенная в 1999 году, представляла собой обновление SSL 3.0 с улучшенным механизмом генерации ключей. Различия между SSL 3.0 и TLS 1.0 были незначительны с точки зрения архитектуры, однако несовместимы на уровне протокола — системы, поддерживающие только SSL, не могли работать с TLS без обновления.
TLS 1.1 появился в 2006 году и добавил защиту от атак на режим CBC (Cipher Block Chaining). TLS 1.2, стандартизированный в 2008 году, принёс поддержку алгоритмов семейства SHA-256 и режима AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data), что существенно повысило устойчивость к криптографическим атакам.
На протяжении почти десяти лет TLS 1.2 оставался основным стандартом. За это время были обнаружены атаки BEAST, POODLE, Heartbleed и другие, которые эксплуатировали не столько сам протокол, сколько конкретные реализации и устаревшие алгоритмы. Каждый инцидент приводил к ужесточению требований к конфигурации серверов и отказу от слабых шифронаборов.
TLS 1.3: принципиальные изменения
Версия TLS 1.3, опубликованная как RFC 8446 в августе 2018 года, стала результатом четырёхлетней работы. Главное отличие — радикальное упрощение протокола. Из спецификации удалены все алгоритмы, считающиеся небезопасными: RSA для обмена ключами, CBC-режимы шифрования, MD5, SHA-1, RC4, DES и 3DES.
Рукопожатие (handshake) в TLS 1.3 сокращено с двух раундов до одного. В TLS 1.2 установление соединения требовало обмена четырьмя-шестью сообщениями между клиентом и сервером, что добавляло задержку в один-два RTT (Round-Trip Time). В TLS 1.3 handshake укладывается в один RTT, а при повторном подключении к ранее посещённому серверу возможен режим 0-RTT, при котором клиент отправляет данные одновременно с приветственным сообщением.
Механизм обмена ключами в TLS 1.3 основан исключительно на эфемерных параметрах Диффи-Хеллмана — ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral). Это обеспечивает свойство совершенной прямой секретности (Perfect Forward Secrecy): компрометация долгосрочного ключа сервера не позволяет расшифровать ранее перехваченный трафик. В предыдущих версиях TLS это свойство было опциональным и зависело от выбранного шифронабора. Подробнее о механизмах работы протоколов безопасности можно узнать из технических публикаций.
Симметричное и асимметричное шифрование
TLS использует оба типа шифрования на разных этапах. Асимметричное шифрование (RSA, ECDSA) применяется на этапе аутентификации и обмена ключами. Оно основано на паре ключей: открытый используется для шифрования, закрытый — для расшифровки. Вычислительная стоимость асимметричных операций высока, поэтому они применяются только для установления сессии.
После согласования параметров стороны переходят на симметричное шифрование — AES-GCM или ChaCha20-Poly1305. Один и тот же ключ используется для шифрования и расшифровки, что значительно быстрее. Сессионный ключ генерируется заново при каждом подключении и не передаётся по сети в открытом виде — он вычисляется обеими сторонами независимо на основе параметров, согласованных через протокол Диффи-Хеллмана.
Сертификаты и инфраструктура доверия
Шифрование канала бесполезно без уверенности в том, что соединение установлено именно с тем сервером, к которому обращается пользователь. Эту задачу решают цифровые сертификаты X.509. Сертификат содержит открытый ключ сервера, доменное имя и подпись удостоверяющего центра (Certificate Authority, CA).
Удостоверяющие центры образуют иерархию. Корневые CA — организации вроде DigiCert, Let’s Encrypt, Sectigo — включены в доверенные хранилища операционных систем и браузеров. Они подписывают промежуточные сертификаты, которые в свою очередь подписывают серверные. Браузер проверяет всю цепочку подписей при каждом HTTPS-соединении.
Let’s Encrypt, запущенный в 2016 году, изменил экономику сертификатов. До его появления SSL-сертификаты стоили от нескольких десятков до сотен долларов в год. Бесплатная автоматизированная выдача через протокол ACME привела к тому, что доля сайтов с HTTPS выросла с примерно 40% в 2016 году до более чем 95% к текущему моменту.
Практические аспекты настройки
Конфигурация TLS на сервере определяет набор поддерживаемых протоколов и шифров. Текущие рекомендации сводятся к отключению всех версий ниже TLS 1.2, а при возможности — к поддержке только TLS 1.3. Серверы Nginx и Apache имеют директивы ssl_protocols и SSLProtocol соответственно для управления этими параметрами.
Заголовок HSTS (HTTP Strict Transport Security) инструктирует браузер обращаться к сайту только по HTTPS в течение заданного периода. Это предотвращает атаки типа SSL stripping, при которых злоумышленник перенаправляет пользователя на незащищённую версию сайта. Параметр includeSubDomains распространяет политику на все поддомены, а preload позволяет включить домен в предзагруженный список браузеров.
OCSP Stapling — механизм, при котором сервер самостоятельно получает подтверждение действительности сертификата от удостоверяющего центра и передаёт его клиенту вместе с сертификатом. Это устраняет необходимость для браузера обращаться к CA напрямую, сокращая время установки соединения и повышая приватность пользователя.
Тестирование конфигурации
Проверка корректности настройки TLS на сервере — обязательный этап после развёртывания. Инструменты вроде SSL Labs Server Test анализируют поддерживаемые протоколы, шифронаборы, конфигурацию сертификата и заголовки безопасности, выставляя итоговую оценку от A+ до F. Типичные ошибки — поддержка устаревших протоколов TLS 1.0/1.1, использование слабых ключей (RSA менее 2048 бит) и отсутствие цепочки промежуточных сертификатов.
Мониторинг срока действия сертификатов предотвращает неожиданное прекращение работы HTTPS. Сертификаты Let’s Encrypt выдаются на 90 дней — относительно короткий срок, компенсируемый автоматизацией через certbot или аналогичные клиенты ACME. Коммерческие сертификаты действуют до одного года после изменения политики CA/Browser Forum в 2020 году, сократившего максимальный срок с двух лет.
Ограничения и перспективы
TLS защищает содержимое передаваемых данных, но не скрывает метаданные. DNS-запросы, IP-адреса источника и назначения, размеры пакетов и временные паттерны остаются видимыми. Для защиты DNS-запросов разработаны протоколы DNS-over-HTTPS (DoH) и DNS-over-TLS (DoT), однако их распространение пока ограничено.
Расширение ECH (Encrypted Client Hello), находящееся в стадии стандартизации, призвано зашифровать поле SNI (Server Name Indication) в начальном сообщении TLS-рукопожатия. Сейчас SNI передаётся в открытом виде, что позволяет определить, к какому домену обращается пользователь, даже если весь остальной трафик зашифрован. ECH закроет этот канал утечки метаданных и станет логичным развитием концепции сквозного шифрования на транспортном уровне. Параллельно ведётся работа над постквантовой криптографией — алгоритмами, устойчивыми к атакам с использованием квантовых компьютеров. NIST уже стандартизировал несколько таких алгоритмов, и экспериментальная поддержка появляется в браузерах и TLS-библиотеках.