SSL/TLSハンドシェイク・プロセスの理解
Daniel Martinezシェア
SSL Certificates で保護されたセキュアなウェブサイトにアクセスすると、データ伝送が発生する前に、舞台裏で複雑なプロセスが開始されます。
この重要なプロセスは、SSL/TLS ハンドシェイクとして知られており、インターネット上のすべての安全な通信の基礎を形成しています。このハンドシェイクの仕組みを理解することは、システム管理者、ウェブ開発者、およびSSL Certificate セキュリティの実装を担当するすべての人にとって不可欠です。
SSL/TLS ハンドシェークは、クライアント（通常はウェブ・ブラウザ）とサーバ間の安全な接続を確立する高度なプロトコルです。
このプロセスは、これらの当事者間で送信されるすべてのデータが暗号化され、盗聴や改ざんの可能性から保護されることを保証します。
SSL/TLS ハンドシェイク・プロセスとは？
SSL/TLS ハンドシェイクは、セキュアな接続を確立する際のクライアントとサーバー間の最初のネゴシエーション・フェーズを表します。
このプロセスには複数の段階があり、両当事者はお互いを認証し、暗号化方法について合意し、セッションの間使用される暗号鍵を確立します。 これは、機密情報を安全に送信する前に完了しなければならない正式な導入と合意のプロセスだと考えてください。
このハンドシェイクの間に、いくつかの重要な機能が実行される。
これらの機能には、SSL Certificate の検証による本人確認、暗号スイートのネゴシエーション、プロトコルのバージョン合意、対称鍵の生成などが含まれる。このプロセス全体は通常、わずか数ミリ秒しかかからないが、これが提供するセキュリティは非常に貴重である。
ハンドシェークは非対称暗号と対称暗号を組み合わせて使う。
最初は、セキュアな鍵交換と認証のために非対称暗号化（Public とPrivate Key のペアを使用）が採用されます。 ハンドシェイクが完了すると、実際のデータ転送は対称暗号化に引き継がれます。対称暗号化の方がはるかに高速で、大量のデータに対して効率的だからです。
ステップ・バイ・ステップSSL/TLS ハンドシェーク・プロセス
SSL/TLS ハンドシェイクはいくつかの段階から成り、それぞれが安全な通信を確立するための特定の目的を果たす。
ステップ1はClient Hello メッセージから始まる。
クライアントがSSL Certificate で保護されたサーバへの接続を開始するとき、クライアントはClient Hello メッセージを送信する。このメッセージには、クライアントがサポートする最高のSSL/TLS プロトコルバージョン、後で使用するためにランダムに生成された番号、クライアントが使用できる暗号スイート のリスト、クライアントがサポートするSSL Certificate 拡張が含まれている。
サーバーはServer Hello メッセージで応答する。
これには、クライアントのサポートするバージョンから選択されたSSL/TLS プロトコルバージョン、サーバ側でランダムに生成されたもう一つの番号、クライアントの リストから選択された暗号スイート、この特定の接続のセッションIDが含まれる。 このネゴシエーションにより、両者が互換性のある暗号化方式とプロトコルバージョンを 使うことが保証される。
次にSSL Certificate 。
サーバーはSSL Certificate をクライアントに送信する。この には、サーバーのPublic Key 、サーバーのID情報、およびCertificate Authority (CA) からのデジタル署名が含まれている。
SSL Certificate 検証と認証
クライアントがサーバーからSSL Certificate を受信すると、SSL Certificate の真正性と有効性を検証する必要がある。
クライアントは、SSL Certificate が信頼できるCertificate Authority (CA) によって発行されたことを確認し、SSL Certificate が期限切れでないことを確認し、SSL Certificate が失効していないことを確認し、Common Name (CN) またはSubject Alternative Name (SAN) がサーバー・ドメインと一致していることを確認する。
SSL Certificate の検証がいずれかの時点で失敗した場合、ハンドシェーク処理は終了する。
このため、評判の良いSSL Certificate プロバイダを選択することは、シームレスなユーザー・エクスペリエンスを維持し、訪問者を遠ざける可能性のあるセキュリティ警告を回避するために非常に重要です。
鍵交換と事前マスター・シークレット生成
SSL Certificate の検証に成功すると、鍵交換フェーズが始まる。
クライアントはプリマスタシークレットを生成する。プリマスタシークレットは、セッションの対称暗号鍵を生成するために使用されるランダムな値である。このプリマスタシークレットは、SSL Certificate からサーバのPublic Key を使用して暗号化され、サーバに送信される。対応するPrivate Key を所有するサーバのみが、このプリマスタシークレットを復号化できる。
このフェーズのセキュリティは、SSL Certificate の鍵ペアの強さに完全に依存する。
最近のSSL Certificates は、2048-bit RSA キーやECC キーなど、さまざまな鍵長をサポートしており、鍵交換プロセスに 堅牢なセキュリティを提供している。 鍵の種類と鍵長の選択は、セキュリティレベルと パフォーマンスの両方に影響を与える。
クライアントとサーバーの双方は、同じプレマスター秘密鍵と、先に交換された 2つの乱数を所有する。
これによって、実際の共通鍵をネットワーク経由で送信することなく、 両者が同一の鍵を持つことが保証される。
セッション鍵の導出と暗号の活性化
ハンドシェイクの最終段階では、セッション・キーの導出と選択された暗号スイートの 起動が行われる。
クライアントからサーバへ送信されるデータを暗号化するための クライアント書き込み鍵、サーバからクライアントへ送信されるデータを 暗号化するためのサーバ書き込み鍵、特定の暗号モード用の初期化ベクタなどである。
これらの鍵が生成されると、両者はChange Cipher Spec 。
これは、それ以降のすべての通信が、新しく確立された鍵を使用して暗号化されることを示す。これに続いて、新しいセッション鍵で暗号化された最初のメッセージであるFinished メッセージが双方から送られる。このメッセージには、以前のすべてのハンドシェイクメッセージのハッシュが含まれており、各パーティはハンドシェイクが改ざんされることなく正常に完了したことを確認できる。
SSL/TLS ハンドシェイクのさまざまなタイプ
SSL/TLS ハンドシェイクはすべて同じではありません。
そのプロセスは、SSL Certificate のタイプ、選択された暗号スイート、セッション再開が使用されているかどうかによって異なる可能性がある。
完全なハンドシェークは、クライアントが初めてサーバーに接続するときや、セッション再開が利用できないときに発生する。
短縮ハンドシェークはセッション再開が使用されるときに発生し、クライアントは以前に確立したセッション・パラメータを使用して再接続できるため、接続時間が大幅に短縮される。
SSL Certificates は、完全ハンドシェイクと省略ハンドシェイクの両方をサポートしている。
最近のSSL Certificates は、TLS 1.3 のようなハンドシェイクの最適化をサポートする高度な機能を備えて設計されており、安全な接続の確立に必要なラウンドトリップ数を減らすことができる。
TLS 1.3 ハンドシェイクの改良
TLS プロトコルの最新バージョンであるTLS 1.3 では、ハンドシェーク・プロセスに大幅な改良が加えられている。
TLS 1.3 ハンドシェイクでは、クライアントとサーバー間のラウンドトリップが少なくなり、以前のバージョンでは2〜3回必要だったのが、1回のラウンドトリップで安全な接続が確立されることが多くなりました。
TLS 1.3 古い、安全性の低い暗号スイートのサポートを排除し、デフォルトで完全な前方秘匿を実装しています。
これは、将来的にサーバーのPrivate Key が侵害されたとしても、以前に記録された暗号化トラフィックは復号化できないことを意味する。最新のSSL Certificates は、TLS 1.3 を完全にサポートしており、ウェブサイトやアプリケーションがこれらの改良を利用できることを保証している。
また、TLS 1.3 ハンドシェイクが簡素化されたことで、攻撃対象が減少しました。
TLS 1.3 をサポートするSSL Certificates は、古いシステムとの互換性を維持しながら、これらのセキュリティ強化の恩恵を受けることができます。
一般的なハンドシェイクの問題とトラブルシューティング
SSL/TLS ハンドシェイク・プロセスの堅牢性にもかかわらず、さまざまな問題によって接続の確立が成功しないことがあります。
よくある問題としては、SSL Certificate の検証の失敗、暗号スイートの不一致、プロトコルのバージョンの非互換性、ネットワーク接続の問題などがあります。
SSL Certificate 検証の失敗は、最も頻繁に発生するハンドシェークの問題の1つである。
これらは、有効期限切れのSSL Certificates 、不正確なSSL Certificate チェーン、ドメイン名の不一致、または信頼できない機関からのSSL Certificates が原因で発生する可能性がある。適切なSSL Certificate チェーンの構築と正確なドメイン検証は、これらの問題を最小限に抑えるのに役立つ。
暗号スイートの不一致は、クライアントとサーバーが共通の暗号化方式に合意できない場合に起こる。
これは通常、一方が古い暗号スイートしかサポートしておらず、他方が最新の安全なオプションを要求している場合に発生する。最新のSSL Certificates は幅広い暗号スイートをサポートしており、レガシーシステムと現在のセキュリティ要件の両方との互換性を保証している。
SSL/TLS ハンドシェイクのパフォーマンス最適化
セキュリティが最大の関心事である一方で、ハンドシェイクのパフォーマンスはユーザー・エクスペリエンスに大きな影響を与えます。
ハンドシェイクが遅いと、ページのロード時間が長くなり、ウェブサイトの訪問者にイライラさせるような遅延が生じます。 いくつかの最適化技術によって、セキュリティを損なうことなくハンドシェイクのパフォーマンスを向上させることができます。
セッションの再開は、最も効果的な最適化テクニックの1つです。
セッション・パラメータをキャッシュすることで、クライアントは、より少ない計算リソースとネットワーク・ラウンド・トリップを必要とする省略されたハンドシェイクを使用してサーバーに再接続することができます。SSL Certificates 、セッションIDやセッション・チケットなど、さまざまなセッション再開メカニズムをサポートしています。
SSL Certificate Chainの最適化も重要な要素である。
より短いSSL Certificate Chainedは、ハンドシェイク中に送信されるデータ量を減らし、適切な中間SSL Certificate コンフィギュレーションは、クライアントがルート・オーソリティーへの完全なトラスト・パスを構築できるようにする。
セキュリティの考慮事項とベストプラクティス
SSL/TLS ハンドシェイク・プロセスは、セキュリティを維持するために適切な実装と設定を必要とする。
SSL Certificates を導入する際には、さまざまな攻撃ベクトルに対する最大限の保護を保証するために、いくつかのベスト・プラクティスに従うべきである。
正規のクライアントとの互換性を維持しながら、常にサポートされている最新のTLS バージョンを使用する。
既知の脆弱性を含むSSL 2.0 やSSL 3.0 のような時代遅れのプロトコルのサポートを無効にする。弱いアルゴリズムや非推奨のアルゴリズムを避けながら、最新の安全なオプションを好むように暗号スイートを設定する。
セキュリティを維持するためには、SSL Certificate の定期的な更新と監視が不可欠である。
期限切れのSSL Certificates は、ハンドシェイクの失敗やセキュリティ警告の原因となり、ユーザーをウェブサイトから遠ざける可能性があります。Trustico® は、期限切れの問題を防ぐために、SSL Certificate 監視サービスと更新リマインダーを提供しています。
最適なパフォーマンスのための適切なSSL Certificate の選択
SSL Certificates の種類が異なると、ハンドシェイクのパフォーマンスやセキュリティにさまざまな影響を与えます。
Domain Validation (DV)SSL Certificates は通常、発行時間が最も速く、検証要件が最も単純であるため、基本的な暗号化のニーズに最適です。Organization Validation (OV) およびExtended Validation (EV)SSL Certificates は、追加の本人確認を提供します。
Wildcard およびMulti Domain SSL Certificates はハンドシェイク・パフォーマンスに影響を与える可能性があります。
これらのSSL Certificate タイプにより、単一のSSL Certificate で複数のドメインまたはサブドメインを保護することができ、セキュリティを維持しながら管理を簡素化することができます。Trustico®は、さまざまな組織のニーズに対応するために、さまざまなSSL Certificate オプションを提供しています。
SSL/TLS ハンドシェイク・テクノロジーの未来
SSL/TLS ハンドシェイク・プロセスは、新しいテクノロジーとセキュリティ要件によって進化し続けています。
新たなトレンドとしては、ポスト量子暗号の準備、プライバシー機能の強化、パフォーマンスのさらなる最適化などがある。
ポスト量子暗号は将来の重要な検討事項である。
量子コンピュータはいずれ、現在の公開鍵暗号システムを破ることができるようになるかもしれない。将来のバージョン（TLS ）に統合される可能性のある量子耐性アルゴリズムの研究が進行中である。
強化されたプライバシー機能は、ハンドシェーク・プロセス中にさらに多くの情報を保護することを目的としている。
Encrypted Client Hello (ECH) は、暗号化されたトラフィックを監視する場合でも、ネットワーク監視者がユーザーがどの特定のウェブサイトを訪問しているかを判断することを防ぎます。 これらの技術が成熟するにつれて、SSL Certificates は、最大のプライバシー保護を提供するためにそれらをサポートする予定です。
SSL/TLS ハンドシェイクの基礎を理解する
SSL/TLS のハンドシェイク・プロセスを理解することは、ウェブ・セキュリティの責任者にとって非常に重要です。
ハンドシェーク・プロセスは複雑に見えるかもしれませんが、SSL Certificates を適切に設定することで、暗号化通信を確立するためのシームレスで安全性の高い方法となります。
SSL Certificates は、最初のクライアントの Hello メッセージから最終的な暗号の有効化まで、ハンドシェイク・プロセスのあらゆる側面を最適化します。
Trusticoは包括的なSSL Certificate オプションを提供し、業界をリードするセキュリティ標準と専門家による技術サポートに支えられた、特定のセキュリティ要件とパフォーマンス要件に適したソリューションを確実に見つけることができます。
