Transport Layer Security: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Transport Layer Security''' (TLS) - Kurzbeschreibung
'''Transport Layer Security''' (TLS) - Transportschichtsicherheit


== Beschreibung ==
== Beschreibung ==
{| class="float"
{| class="float wikitable"
|+ TLS im [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP-Protokollstapel]]
|+ TLS im [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP-Protokollstapel]]
|- style="background:#DDDDFF;"
|- style="background:#DDDDFF;"
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| [[Token Bus|Token<br />Bus]]
| [[Token Bus|Token<br />Bus]]
| [[Token Ring|Token<br />Ring]]
| [[Token Ring|Token<br />Ring]]
| [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]]
| [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]]
| …
| …
|}
|}
'''Transport Layer Security''' ('''TLS''', {{enS}} für „Transportschichtsicherheit“)


'''Transport Layer Security''' ('''TLS''', {{enS}} für „Transportschichtsicherheit“), auch bekannt unter der Vorgängerbezeichnung '''Secure Sockets Layer''' ('''SSL'''), ist ein [https://de.wikipedia.org/wiki/Verschl%C3%BCsselungsprotokoll Verschlüsselungsprotokoll] zur sicheren [https://de.wikipedia.org/wiki/Daten%C3%BCbertragung Datenübertragung] im [https://de.wikipedia.org/wiki/Internet Internet]
* Bekannt unter der Vorgängerbezeichnung '''Secure Sockets Layer''' ('''SSL''')
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Verschl%C3%BCsselungsprotokoll Verschlüsselungsprotokoll] zur sicheren [https://de.wikipedia.org/wiki/Daten%C3%BCbertragung Datenübertragung] im [https://de.wikipedia.org/wiki/Internet Internet]


; Hauptkomponenten
TLS besteht aus den beiden Hauptkomponenten TLS Handshake und TLS Record
TLS besteht aus den beiden Hauptkomponenten TLS Handshake und TLS Record
* Im TLS Handshake findet ein sicherer [https://de.wikipedia.org/wiki/Schl%C3%BCsselaustausch Schlüsselaustausch] und eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Authentifizierung Authentifizierung] statt
* Im TLS Handshake findet ein sicherer [https://de.wikipedia.org/wiki/Schl%C3%BCsselaustausch Schlüsselaustausch] und eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Authentifizierung Authentifizierung] statt
* TLS Record verwendet dann den im TLS Handshake ausgehandelten symmetrischen Schlüssel für eine sichere Datenübertragung – die Daten werden verschlüsselt und mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Message_Authentication_Code MAC] gegen Veränderungen geschützt übertragen
* TLS Record verwendet dann den im TLS Handshake ausgehandelten symmetrischen Schlüssel für eine sichere Datenübertragung – die Daten werden verschlüsselt und mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Message_Authentication_Code MAC] gegen Veränderungen geschützt übertragen


; Schlüsselaustausch
Für den [https://de.wikipedia.org/wiki/Schl%C3%BCsselaustausch Schlüsselaustausch] sind in den älteren TLS-Versionen verschiedene Algorithmen mit unterschiedlichen Sicherheitsgarantien im Einsatz
Für den [https://de.wikipedia.org/wiki/Schl%C3%BCsselaustausch Schlüsselaustausch] sind in den älteren TLS-Versionen verschiedene Algorithmen mit unterschiedlichen Sicherheitsgarantien im Einsatz
* Die neueste Version TLS 1.3 verwendet allerdings nur noch das [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschprotokoll] (DHE oder ECDHE)
* Die neueste Version TLS 1.3 verwendet allerdings nur noch das [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch Diffie-Hellmanprotokoll] (DHE oder ECDHE)
* Dabei wird für jede Verbindung ein neuer [https://de.wikipedia.org/wiki/Session_Key Sitzungsschlüssel] (Session Key) ausgehandelt
* Dabei wird für jede Verbindung ein neuer [https://de.wikipedia.org/wiki/Session_Key Sitzungsschlüssel] (Session Key) ausgehandelt
* Da dies ohne Verwendung eines Langzeitschlüssels geschieht, erreicht TLS 1.3 [https://de.wikipedia.org/wiki/Perfect_Forward_Secrecy Perfect Forward Secrecy]
* Da dies ohne Verwendung eines Langzeitschlüssels geschieht, erreicht TLS 1.3 [https://de.wikipedia.org/wiki/Perfect_Forward_Secrecy Perfect Forward Secrecy]
=== Vor- und Nachteile ===
Der Vorteil des TLS-Protokolls ist die Möglichkeit, jedes höhere Protokoll auf Basis des TLS-Protokolls zu implementieren
* Damit ist eine Unabhängigkeit von Anwendungen und Systemen gewährleistet
Der Nachteil der TLS-verschlüsselten Übertragung besteht darin, dass der Verbindungsaufbau auf Serverseite rechenintensiv und deshalb langsamer ist
* Die Verschlüsselung selbst beansprucht je nach verwendetem [https://de.wikipedia.org/wiki/Algorithmus Algorithmus] nur wenig Rechenzeit
Verschlüsselte Daten sind auf niedrigeren Schichten (etwa auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Point-to-Point_Tunneling_Protocol PPTP]-Ebene) kaum durch Kompression zu verdichten
TLS verschlüsselt nur die Kommunikation zwischen zwei Stationen
* Es sind Szenarien in [https://de.wikipedia.org/wiki/Serviceorientierte_Architektur serviceorientierten Architekturen] denkbar, in denen eine Nachricht über mehrere Stationen gesendet wird
* Wenn jede Station nur einen Teil der Nachricht lesen darf, reicht TLS nicht aus, da jede Station alle Daten der Nachricht entschlüsseln kann
* Somit entstehen Sicherheitslücken an jeder Station, die nicht für sie bestimmte Daten entschlüsseln kann


== Implementierungen ==
== Implementierungen ==
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* Die meisten aktuellen [https://de.wikipedia.org/wiki/Webbrowser Webbrowser] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Webserver Webserver] bevorzugen TLS 1.3 und TLS 1.2
* Die meisten aktuellen [https://de.wikipedia.org/wiki/Webbrowser Webbrowser] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Webserver Webserver] bevorzugen TLS 1.3 und TLS 1.2
* Die älteren Versionen TLS 1.1 und TLS 1.0 werden nicht mehr unterstützt
* Die älteren Versionen TLS 1.1 und TLS 1.0 werden nicht mehr unterstützt
* In aktuellen Browsern ist SSLv3 und SSLv2 deaktiviert, da diese Protokollversion eine Reihe von Sicherheitslücken, unter anderem des [https://de.wikipedia.org/wiki/Poodle Poodle-Angriffs] aufweist


 
; TLS 1.3
In aktuellen Browsern ist SSLv3 und SSLv2 deaktiviert,
 
da diese Protokollversion eine Reihe von Sicherheitslücken, unter anderem des [https://de.wikipedia.org/wiki/Poodle Poodle-Angriffs] aufweist
 
Die Weiterentwicklung TLS 1.3 wird von allen nennenswert verbreiteten Browsern auf Desktops und Smartphones unterstützt
Die Weiterentwicklung TLS 1.3 wird von allen nennenswert verbreiteten Browsern auf Desktops und Smartphones unterstützt
, TLS 1.2 wird von 98,7 Prozent aller Browserinstallationen unterstützt; Ausnahmen sind mehrere Jahre alte Versionen (Stand 02/2022)
, TLS 1.2 wird von 98,7 Prozent aller Browserinstallationen unterstützt; Ausnahmen sind mehrere Jahre alte Versionen (Stand 02/2022)
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* Wegen der mangelnden Vertrauenswürdigkeit einiger Zertifizierungsstellen wird seit Anfang 2010 die Sicherheit von TLS grundsätzlich angezweifelt
* Wegen der mangelnden Vertrauenswürdigkeit einiger Zertifizierungsstellen wird seit Anfang 2010 die Sicherheit von TLS grundsätzlich angezweifelt


 
Durch die Deaktivierung fragwürdiger Zertifizierungsstellen im eigenen Browser lässt sich dieses Risiko jedoch weitgehend beseitigen
 
Durch die Deaktivierung fragwürdiger Zertifizierungsstellen im eigenen Browser lässt sich dieses Risiko jedoch weitgehend beseitigen


In Verbindung mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual_Hosting#IP_oder_namensbasiertes_Virtual_Hosting ''virtuellen Server''], zum Beispiel mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol HTTP] (etwa beim [https://de.wikipedia.org/wiki/Apache_HTTP_Server Apache HTTP Server] über den ''VHost''-Mechanismus), ist es grundsätzlich als Nachteil zu werten, dass pro Kombination aus [https://de.wikipedia.org/wiki/IP-Adresse IP-Adresse] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Port_(Netzwerkadresse) Port] nur ein Zertifikat verwendet werden kann, da die eigentlichen Nutzdaten des darüber liegenden Protokolls (und damit der Name des VHosts) zum Zeitpunkt des TLS-Handshakes noch nicht übertragen wurden
In Verbindung mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Virtual_Hosting#IP_oder_namensbasiertes_Virtual_Hosting ''virtuellen Server''], zum Beispiel mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol HTTP] (etwa beim [https://de.wikipedia.org/wiki/Apache_HTTP_Server Apache HTTP Server] über den ''VHost''-Mechanismus), ist es grundsätzlich als Nachteil zu werten, dass pro Kombination aus [https://de.wikipedia.org/wiki/IP-Adresse IP-Adresse] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Port_(Netzwerkadresse) Port] nur ein Zertifikat verwendet werden kann, da die eigentlichen Nutzdaten des darüber liegenden Protokolls (und damit der Name des VHosts) zum Zeitpunkt des TLS-Handshakes noch nicht übertragen wurden
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=== Versionen ===
=== Versionen ===
{| class="wikitable big options"
{| class="wikitable big options col1center"
! Version !! Erscheinungsjahr !!Bemerkungen
! Version !! Erscheinungsjahr !!Bemerkungen
|-| {{Version|o|SSL 1.0}}
|1994
|
|-
|-
|-| {{Version|o|SSL 2.0}}
| SSL 1.0 || 1994 ||
|1995
|seit März 2011 überholt
|-| {{Version|o|SSL 3.0}}
|1996
|seit Juni 2015 überholt
|-| {{Version|o|TLS 1.0}}
|1999
|seit März 2021 überholt
|-| {{Version|o|TLS 1.1}}
|2006
|seit März 2021 überholt
|-| {{Version|co|TLS 1.2}}
|2008
|
|-| {{Version|c|TLS 1.3}}
|2018
|RFC&nbsp;8446, enthält auch neue Anforderungen für TLS 1.2
|}
 
=== Geschichte ===
Die erste Protokollversion von TLS wurde ab August 1986 im Rahmen des im September 1987 erstmals beschrieben Projektes ''Secure Data Network System (SDNS)'' entwickelt
* 1994, neun Monate nach der ersten Ausgabe von [https://de.wikipedia.org/wiki/NCSA_Mosaic Mosaic], dem ersten verbreiteten [https://de.wikipedia.org/wiki/Webbrowser Webbrowser], stellte Netscape Communications die erste Version von SSL (1.0) fertig
* Fünf Monate später wurde zusammen mit einer neuen Ausgabe des Netscape Navigator die nächste Version SSL 2.0 veröffentlicht
* Ende 1995 veröffentlichte [https://de.wikipedia.org/wiki/Microsoft Microsoft] die erste Version seines Webbrowsers [https://de.wikipedia.org/wiki/Internet_Explorer Internet Explorer]
* Kurz darauf wurde auch die erste Version ihres SSL-Pendants bekannt, PCT 1.0 (Private Communication Technology)
* PCT hatte einige Vorteile gegenüber SSL 2.0, die später in SSL 3.0 aufgenommen wurden
* Im Sommer 1996 übergab Netscape die Versionskontrolle über sein Protokoll SSL 3.0 an die [https://de.wikipedia.org/wiki/Internet_Engineering_Task_Force IETF] zur Entwicklung eines Internet-Standards
 
Ab November 1996 entwickelte die [https://de.wikipedia.org/wiki/Internet_Engineering_Task_Force IETF] TLS WG auf Basis von Netscapes SSL 3.0 das verbesserte Protokoll „Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.0“ (interne Versionsnummer 3.1), welches schließlich im Januar 1999 als RFC&nbsp;2246 veröffentlicht wurde
* Das finale Spezifikationsdokument von Netscapes SSL 3.0 war viele Jahre schwer zu finden und wurde im August 2011 nachträglich veröffentlicht als RFC&nbsp;6101
* Später wurde TLS durch weitere [https://de.wikipedia.org/wiki/Request_for_Comments RFCs] erweitert:
** RFC&nbsp;2712 – Addition of Kerberos Cipher Suites to Transport Layer Security (TLS)
** RFC&nbsp;2817 – Upgrading to TLS Within HTTP/1.1 erläutert die Benutzung des Upgrade-Mechanismus in HTTP/1.1, um Transport Layer Security (TLS) über eine bestehende [https://de.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol TCP]-Verbindung zu initialisieren
* Dies erlaubt es, für unsicheren und für sicheren HTTP-Verkehr die gleichen „well-known“ TCP Ports (80&nbsp;bzw.&nbsp;443) zu benutzen
** RFC&nbsp;2818 – HTTP Over TLS trennt sicheren von unsicherem Verkehr durch getrennte Server-TCP-Ports
** RFC&nbsp;3268 – Advanced Encryption Standard (AES) Ciphersuites for Transport Layer Security (TLS) nutzt die Erweiterbarkeit von TLS und fügt den symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen ([https://de.wikipedia.org/wiki/RC2_(Blockchiffre) RC2], [https://de.wikipedia.org/wiki/RC4 RC4], [https://de.wikipedia.org/wiki/International_Data_Encryption_Algorithm International Data Encryption Algorithm] (IDEA), [https://de.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard Data Encryption Standard] (DES) und [https://de.wikipedia.org/wiki/Triple_DES Triple DES]) den [https://de.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard Advanced Encryption Standard] (AES) hinzu
** <nowiki>RFC&nbsp;3546</nowiki> – Transport Layer Security (TLS) Extensions führt das Konzept der Erweiterungen ein, wodurch optionale Datenfelder oder Header vor allem bei der anfänglichen Aushandlung übertragen werden können
* Eine dieser Erweiterungen ist [https://de.wikipedia.org/wiki/Server_Name_Indication Server Name Indication]
* Im April 2006 wurde in RFC&nbsp;4346 die Version 1.1 von TLS standardisiert und damit RFC&nbsp;2246 obsolet
* In TLS 1.1 wurden kleinere Sicherheitsverbesserungen vorgenommen und Unklarheiten beseitigt
* Im August 2008 erschien mit RFC&nbsp;5246 die Version 1.2 von TLS, welche RFC&nbsp;4346 obsolet machte
* Hierbei wurde die Festlegung auf MD5/SHA-1 in der [https://de.wikipedia.org/wiki/Pseudozuf%C3%A4llige_Funktion Pseudozufallsfunktion] (PRF) und bei signierten Elementen ersetzt durch flexiblere Lösungen, bei denen die Hash-Algorithmen spezifiziert werden können
* Im Februar 2015 wurde RFC&nbsp;7465
 
* Im Mai 2015 wurden mit RFC&nbsp;7525
 
Empfehlungen zum sicheren Einsatz von TLS und [https://de.wikipedia.org/wiki/Datagram_Transport_Layer_Security DTLS] veröffentlicht
* Demnach sollen SSLv2, SSLv3, RC4 und sonstige durch [https://de.wikipedia.org/wiki/Exportbeschr%C3%A4nkung Exportbeschränkungen] auf unter 112&nbsp;Bit Schlüssellänge beschränkte Verschlüsselungsalgorithmen nicht verwendet werden
* Vom Einsatz von [https://de.wikipedia.org/wiki/Triple_DES 3DES] zur Verschlüsselung und [https://de.wikipedia.org/wiki/RSA-Kryptosystem RSA] zum Schlüsselaustausch mit statischen Parametern wird abgeraten
* Empfohlen werden [https://de.wikipedia.org/wiki/Cipher_Suite Cipher Suiten], die zum Schlüsselaustausch [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch#Ephemeral_Diffie-Hellman Ephemeral Diffie-Hellman] kombiniert mit RSA verwenden, was [https://de.wikipedia.org/wiki/Perfect_Forward_Secrecy Forward Secrecy] (gegen späteres nachträgliches Entschlüsseln) bietet, zur Verschlüsselung AES im [https://de.wikipedia.org/wiki/Galois/Counter_Mode Galois/Counter Mode] mit 128 oder 256&nbsp;Bit Schlüssellänge sowie die [https://de.wikipedia.org/wiki/Kryptologische_Hashfunktion Hashfunktion] SHA-256 oder SHA-384 für die Pseudozufallsfunktion von TLS
 
* Im August 2018 wurde in RFC&nbsp;8446 TLS-Version 1.3 veröffentlicht, das seit 2014 entwickelt wurde
* Im Oktober 2018 gaben die Hersteller der Browser Firefox, Chrome, Edge und Safari an, die in die Jahre gekommenen Protokolle TLS 1.0 und 1.1 beginnend ab März 2020 nicht mehr zu unterstützen
 
== Funktionsweise ==
Der Client baut eine Verbindung zum Server auf
* Der Server authentifiziert sich gegenüber dem Client mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Zertifikat Zertifikat]
* Der Client überprüft hierbei die Vertrauenswürdigkeit des [https://de.wikipedia.org/wiki/X.509 X.509]-Zertifikats und ob der Servername mit dem Zertifikat übereinstimmt
* Optional kann sich der Client mit einem eigenen Zertifikat auch gegenüber dem Server authentifizieren
* Dann schickt entweder der Client dem Server eine mit dem öffentlichen Schlüssel des Servers verschlüsselte geheime [https://de.wikipedia.org/wiki/Zufallszahl Zufallszahl], oder die beiden Parteien berechnen mit dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch] ein gemeinsames Geheimnis
* Aus dem Geheimnis wird dann ein kryptographischer Schlüssel abgeleitet
* Dieser Schlüssel wird in der Folge benutzt, um alle Nachrichten der Verbindung mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrisches_Verschl%C3%BCsselungsverfahren symmetrischen Verschlüsselungsverfahren] zu verschlüsseln und zum Schutz von [https://de.wikipedia.org/wiki/Integrit%C3%A4t_(Informationssicherheit) Nachrichten-Integrität] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Authentizit%C3%A4t Authentizität] durch einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Message_Authentication_Code Message Authentication Code] abzusichern
 
=== TLS-Protokolle im Protokollstapel ===
Im [https://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell OSI-Modell] ist TLS in Schicht 5 (der Sitzungsschicht) angeordnet
* Im TCP/IP-Modell ist TLS oberhalb der [https://de.wikipedia.org/wiki/Transportschicht Transportschicht] (zum Beispiel [https://de.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol TCP]) und unterhalb Anwendungsprotokollen wie [https://de.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol HTTP] oder [https://de.wikipedia.org/wiki/Simple_Mail_Transfer_Protocol SMTP] angesiedelt
* In den Spezifikationen wird dies dann zum Beispiel als „HTTP over TLS“ bezeichnet
* Sollen jedoch beide Protokolle zusammengefasst betrachtet werden, wird üblicherweise ein ''„S“ für Secure'' dem Protokoll der Anwendungsschicht angehängt (zum Beispiel [https://de.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol_Secure HTTP'''S'''])
* TLS arbeitet transparent, so dass es leicht eingesetzt werden kann, um Protokollen ohne eigene Sicherheitsmechanismen abgesicherte Verbindungen zur Verfügung zu stellen
* Zudem ist es erweiterbar, um Flexibilität und Zukunftssicherheit bei den verwendeten Verschlüsselungstechniken zu gewährleisten
 
Das TLS-Protokoll besteht aus zwei Schichten:
{| class="wikitable"
!TLS Handshake Protocol
!TLS Change Cipher Spec
* Protocol
!TLS Alert Protocol
!TLS Application Data Protocol
|-
|-
! colspan="4" |TLS Record Protocol
| SSL 2.0 || 1995 || seit März 2011 überholt
|}
 
=== TLS Record Protocol ===
Das TLS Record Protocol ist die untere der beiden Schichten und dient zur Absicherung der Verbindung
* Es setzt direkt auf der Transportschicht auf und bietet zwei verschiedene Dienste, die einzeln oder gemeinsam genutzt werden können:
 
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Ende-zu-Ende-Verschl%C3%BCsselung Ende-zu-Ende-Verschlüsselung] mittels [https://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrisches_Kryptosystem symmetrischer Algorithmen]
* Der verwendete Schlüssel wird dabei im Voraus über ein weiteres Protokoll (zum Beispiel das TLS Handshake Protocol) ausgehandelt und kann nur einmal für die jeweilige Verbindung verwendet werden
* TLS unterstützt für die [https://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrische_Verschl%C3%BCsselung symmetrische Verschlüsselung] unter anderem [https://de.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard DES], [https://de.wikipedia.org/wiki/Triple_DES Triple DES] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard AES]
* Sicherung der [https://de.wikipedia.org/wiki/Integrit%C3%A4t_(Informationssicherheit) Nachrichten-Integrität] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Authentizit%C3%A4t Authentizität] durch einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Message_Authentication_Code Message Authentication Code], in der Regel [https://de.wikipedia.org/wiki/Keyed-Hash_Message_Authentication_Code HMAC]
 
Außerdem werden zu sichernde Daten in Blöcke von maximal 16.384 (2<sup>14</sup>) Byte fragmentiert und beim Empfänger wieder zusammengesetzt
* Dabei schreibt der Standard vor, dass die Blockgröße diesen Wert nicht übersteigt, außer der Block ist komprimiert oder verschlüsselt – dann darf die Blockgröße um 1024 Byte (bei Kompression) bzw. 2048 Byte (bei Verschlüsselung) größer sein
* Auch können die Daten vor dem Verschlüsseln und vor dem Berechnen der kryptografischen Prüfsumme komprimiert werden
* Das Komprimierungsverfahren wird ebenso wie die kryptografischen Schlüssel mit dem TLS Handshake-Protokoll ausgehandelt
 
Der Aufbau einer TLS-Record-Nachricht lautet wie folgt: ''Content Type'' (1 Byte: ''Change Cipher Spec'' = 20, ''Alert'' = 21, ''Handshake'' = 22, ''Application Data'' = 23) | ''Protokollversion Major'' (1 Byte) | ''Protokollversion Minor'' (1 Byte) | ''Länge'' (1 Short bzw
* zwei Byte)
 
=== TLS Handshake Protocol ===
[[Datei:SSL_handshake_with_two_way_authentication_with_certificates.svg|verweis=https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:SSL_handshake_with_two_way_authentication_with_certificates.svg|mini|TLS-Handshake mit Zwei-Wege-Authentifizierung mittels Zertifikaten und RSA-Schlüsselaustausch]]
Das TLS Handshake Protocol baut auf dem TLS Record Protocol auf und erfüllt die folgenden Funktionen, noch bevor die ersten Bits des Anwendungsdatenstromes ausgetauscht wurden:
 
* Aushandeln zu benutzender kryptografischer Algorithmen und Schlüssel
* TLS unterstützt auch eine unverschlüsselte Übertragung
* Identifikation und Authentifizierung der Kommunikationspartner auf Basis [https://de.wikipedia.org/wiki/Asymmetrisches_Kryptosystem asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Public-Key-Infrastruktur Public-Key-Kryptografie]
* Dieser Schritt ist optional eine Zwei-Wege-Authentifizierung (in diesem Fall wird manchmal von ''mutual TLS'' gesprochen), für gewöhnlich authentifiziert sich aber nur der [https://de.wikipedia.org/wiki/Server Server] gegenüber dem [https://de.wikipedia.org/wiki/Client Client]
 
Der Handshake selbst kann in vier ''Phasen'' unterteilt werden:
 
# Der Client schickt zum Server ein C''lientHello'', und der Server antwortet dem Client mit einem S''erverHello''
* Die Parameter der Nachrichten sind:
#* die Version (die höchste vom Client unterstützte TLS-Protokoll-Version)
#* eine 32 Byte lange Zufallsinformation (4 Byte Timestamp + 28 Byte lange Zufallszahl), die später verwendet wird, um das ''pre-master-secret'' zu bilden (sie schützt damit vor [https://de.wikipedia.org/wiki/Replay-Attacke Replay-Attacken])
#* eine Session-ID
#* die zu verwendende [https://de.wikipedia.org/wiki/Cipher_Suite Cipher Suite] (Algorithmen für Schlüsselaustausch, Verschlüsselung und Authentifizierung)
#* Optional den gewünschten [https://de.wikipedia.org/wiki/Fully_Qualified_Domain_Name FQDN] für die Unterstützung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Server_Name_Indication Server Name Indication]
#* in der TLS 1.3 Version (mit [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch]) werden hier auch schon die Key-Shares übertragen, die den gemeinsamen Schlüssel definieren
# Der Server identifiziert sich gegenüber dem Client
* Hierzu wird per C''ertificate'' ein [https://de.wikipedia.org/wiki/X.509 X.509v]3-[https://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Zertifikat Zertifikat] an den Client geschickt, gefolgt von einem ''CertificateVerify'' (in einigen TLS Versionen)
* Die C''ertificateVerify'' Nachricht enthält eine Unterschrift von zuvor ausgetauschten Nachrichten
* Damit beweist der Server, dass er einen [https://de.wikipedia.org/wiki/Asymmetrische_Verschl%C3%BCsselung Secret-Key] besitzt, der zu dem auf dem Server-Zertifikat enthaltenen [https://de.wikipedia.org/wiki/Public-Key-Kryptografie Public-Key] passt
* Der Client prüft das Zertifikat und die Unterschrift
* Bei Misserfolg bricht der Client die Verbindung ab
* Außerdem kann der Server optional per ''CertificateRequest'' ein Zertifikat zur Client-Authentifizierung anfordern
* Diese Phase darf nur weggelassen werden, wenn eine anonyme Cipher Suite ohne Authentifizierung verwendet wird
# Das zuvor erhaltene Server-Zertifikat enthält den [https://de.wikipedia.org/wiki/Asymmetrisches_Kryptosystem öffentlichen Schlüssel] des Servers
* Wird eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Cipher_Suite Cipher Suite] mit [https://de.wikipedia.org/wiki/RSA-Kryptosystem RSA]-Schlüsselaustausch verwendet (siehe Abbildung), so wird das vom Client generierte ''pre-master-secret'' mit diesem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt und kann vom Server mit dem nur ihm bekannten privaten Schlüssel wieder entschlüsselt werden
* Alternativ kann hier auch der [https://de.wikipedia.org/wiki/Diffie-Hellman-Schl%C3%BCsselaustausch Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch] verwendet werden, um ein gemeinsames ''pre-master-secret'' zu generieren
* Werden die Diffie-Hellman-Geheimnisse von Server und Client während des Handshakes frisch und zufällig ausgehandelt, sind die Voraussetzungen für [https://de.wikipedia.org/wiki/Perfect_Forward_Secrecy Perfect Forward Secrecy] erfüllt
* Nach der Übertragung des ''pre-master-secrets'' identifiziert sich der Client mittels Zertifikat gegenüber dem Server, sofern dieser einen ''CertificateRequest'' geschickt hat
* Dazu schickt der Client per ''Certificate'' das Client-Zertifikat, gefolgt von einem ''CertificateVerify.'' Die ''CertificateVerify'' Nachricht enthält eine Unterschrift aller zuvor ausgetauschten Nachrichten
* Damit beweist der Client gegenüber dem Server, dass er einen Secret-Key besitzt, der zu dem auf dem Client-Zertifikat enthaltenen Public-Key passt
* Ab hier ist dem Server also bekannt, mit wem er kommuniziert
# Diese Phase schließt den Handshake ab
* Aus dem vorhandenen ''pre-master-secret'' kann das ''master secret'' abgeleitet werden, das einen einmaligen [https://de.wikipedia.org/wiki/Sitzungsschl%C3%BCssel Sitzungsschlüssel] ({{enS|session key}}) darstellt
* Aus dem ''master secret'' werden wiederum Schlüssel abgeleitet, die zum Ver- und Entschlüsseln der Daten sowie für die Integritätsprüfung verwendet werden
* Die Nachrichten, die die Kommunikationspartner sich nun gegenseitig zusenden, werden nur noch verschlüsselt übertragen
* Falls sich der Server nicht im Schritt 2 via ''CertificateVerify'' authentifiziert hat, ist dem Client erst nach dem Erhalt der ersten verschlüsselten Nachricht bekannt, dass er mit dem rechtmäßigen Besitzer des Zertifikats kommuniziert
 
=== TLS Change Cipher Spec Protocol ===
Das Change Cipher Spec Protocol besteht nur aus einer einzigen Nachricht
* Diese Nachricht ist ein Byte groß und besitzt den Inhalt 1
* Durch diese Nachricht teilt der Sender dem Empfänger mit, dass er in der aktiven Sitzung auf die im Handshake Protocol ausgehandelte [https://de.wikipedia.org/wiki/Cipher_Suite Cipher Suite] wechselt
* Ein wesentlicher Grund für die Definition eines eigenen Protokolls für diese Nachricht besteht darin, dass TLS-Implementierungen mehrere Nachrichten eines Protokolls in einem Record (also einer TLS-Dateneinheit) zusammenfassen können
* Für die Nachricht „Change Cipher Spec“ ist das unerwünscht
* Weil Records verschiedener Protokolle nicht zusammengefasst werden dürfen, ist das Problem durch Definition eines eigenen Protokolls gelöst
 
=== TLS Alert Protocol ===
Das ''Alert Protocol'' unterscheidet etwa zwei Dutzend verschiedene Mitteilungen
* Eine davon teilt das Ende der Sitzung mit (close_notify)
* Andere beziehen sich zum Beispiel auf die Protokollsyntax oder die Gültigkeit der verwendeten Zertifikate
* Es wird zwischen Warnungen und Fehlern unterschieden, wobei letztere die Verbindung sofort beenden
 
Der Aufbau einer Fehlermeldung lautet wie folgt: ''AlertLevel'' (1 Byte: ''Warning'' = 1, ''Fatal'' = 2) | ''AlertDescription'' (1 Byte: ''close_notify'' = 0, […], ''no_renegotiation'' = 100)
 
In der Spezifikation von TLS werden die folgenden schweren Fehlertypen definiert:
{| class="wikitable options big"
|unexpected_message
|Unpassende Nachricht wurde empfangen
|-
|bad_record_mac
|Ein falscher [https://de.wikipedia.org/wiki/Message_Authentication_Code MAC] wurde empfangen
|-
|decompression_failure
|Dekomprimierungsalgorithmus empfing unkorrekte Daten
|-
|handshake_failure
|Absender konnte keine akzeptable Menge von Sicherheitsparametern bearbeiten
|-
|illegal_parameter
|Ein Feld in der Handshake-Nachricht lag außerhalb des erlaubten Bereichs oder stand im Widerspruch mit anderen Feldern
|}
 
; In der Spezifikation von TLS werden die folgenden Warnungen definiert:
{| class="wikitable options big"
|close_notify
|Teilt Empfänger mit, dass Absender keine weiteren Nachrichten auf dieser Verbindung senden wird
* Muss von jedem Partner einer Verbindung als letzte Nachricht gesendet werden
|-
|no_certificate
|Kann als Antwort auf eine Zertifikatanforderung gesendet werden, falls passendes Zertifikat nicht verfügbar ist. (Wurde in TLS 1.0 entfernt)
|-
|-
|bad_certificate
| SSL 3.0 || 1996 || |seit Juni 2015 überholt
|Empfangenes Zertifikat war unvollständig oder falsch
|-
|-
|unsupported_certificate
| TLS 1.0 || 1999 || seit März 2021 überholt
|Der Typ des empfangenden Zertifikats wird nicht unterstützt
|-
|-
|certificate_revoked
| TLS 1.1 || 2006 || seit März 2021 überholt
|Zertifikat wurde vom Unterzeichner zurückgerufen
|-
|-
|certificate_expired
| TLS 1.2 || 2008 ||
|Zertifikat ist abgelaufen
|-
|-
|certificate_unknown
| TLS 1.3 || 2018 || RFC&nbsp;8446, enthält auch neue Anforderungen für TLS 1.2
|Andere, nicht genau spezifizierte Gründe sind beim Bearbeiten des Zertifikats aufgetreten, die dazu führen, dass das Zertifikat als ungültig gekennzeichnet wurde
|}
|}


; In der Spezifikation von TLS 1.0 wurden folgende Warnungen ergänzt:
=== Geschichte ===
{| class="wikitable options big"
[[Transport Layer Security/Geschichte]]
|decryption_failed
|Entschlüsselung fehlgeschlagen
|-
|record_overflow
|
|-
|unknown_ca
|Unbekannte oder nicht vertrauenswürdige CA
|-
|access_denied
|Zugriff verweigert
|-
|decode_error
|Decodierungsfehler
|-
|decrypt_error
|Entschlüsselungsfehler
|-
|export_restriction
|Exportbeschränkung
|-
|protocol_version
|Veraltete Version von TLS/SSL
|-
|insufficient_security
|Unzureichende Sicherheit
|-
|internal_error
|Interner Fehler
|-
|user_canceled
|Abbruch durch Benutzer
|-
|no_renegotiation
|
|}


=== TLS Application Data Protocol ===
== Funktionsweise ==
Die Anwendungsdaten werden über das Record Protocol transportiert, in Teile zerlegt, komprimiert und in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Sitzung auch verschlüsselt
[[Transport Layer Security/Funktionsweise]]
* Inhaltlich werden sie von TLS nicht näher interpretiert
 
=== Berechnung des Master Secrets ===
Aus dem ''pre-master-secret'' wird in früheren Protokollversionen mit Hilfe der [https://de.wikipedia.org/wiki/Hashfunktion Hashfunktionen] [https://de.wikipedia.org/wiki/SHA-1 SHA-1] und [https://de.wikipedia.org/wiki/MD5 MD5], in TLS 1.2 mit Hilfe einer durch eine ''Cipher Suite'' spezifizierten Pseudozufallsfunktion das ''Master Secret'' berechnet
* In diese Berechnung fließen zusätzlich die Zufallszahlen der Phase 1 des Handshakes mit ein
* Die Verwendung beider Hash-Funktionen sollte sicherstellen, dass das ''Master Secret'' immer noch geschützt ist, falls eine der Funktionen als kompromittiert gilt
* In TLS 1.2 wird dieser Ansatz durch die flexible Austauschbarkeit der Funktion ersetzt


== Sicherheit ==
== Sicherheit ==
[[TLS/Sicherheit]]
[[TLS/Sicherheit]]
== Vor- und Nachteile ==
Der Vorteil des TLS-Protokolls ist die Möglichkeit, jedes höhere Protokoll auf Basis des TLS-Protokolls zu implementieren
* Damit ist eine Unabhängigkeit von Anwendungen und Systemen gewährleistet
Der Nachteil der TLS-verschlüsselten Übertragung besteht darin, dass der Verbindungsaufbau auf Serverseite rechenintensiv und deshalb langsamer ist
* Die Verschlüsselung selbst beansprucht je nach verwendetem [https://de.wikipedia.org/wiki/Algorithmus Algorithmus] nur wenig Rechenzeit
Verschlüsselte Daten sind auf niedrigeren Schichten (etwa auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Point-to-Point_Tunneling_Protocol PPTP]-Ebene) kaum durch Kompression zu verdichten
TLS verschlüsselt nur die Kommunikation zwischen zwei Stationen
* Es sind Szenarien in [https://de.wikipedia.org/wiki/Serviceorientierte_Architektur serviceorientierten Architekturen] denkbar, in denen eine Nachricht über mehrere Stationen gesendet wird
* Wenn jede Station nur einen Teil der Nachricht lesen darf, reicht TLS nicht aus, da jede Station alle Daten der Nachricht entschlüsseln kann
* Somit entstehen Sicherheitslücken an jeder Station, die nicht für sie bestimmte Daten entschlüsseln kann


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# https://de.wikipedia.org/wiki/Transport_Layer_Security
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[[Kategorie:TLS]]
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Aktuelle Version vom 14. November 2024, 13:00 Uhr

Transport Layer Security (TLS) - Transportschichtsicherheit

Beschreibung

TLS im TCP/IP-Protokollstapel
Anwendung
 HTTPS IMAPS POP3S SMTPS …
TLS
Transport TCP
Internet IP (IPv4, IPv6)
Netzzugang Ethernet Token
Bus 		Token
Ring 		FDDI …

Transport Layer Security (TLS, für „Transportschichtsicherheit“)

Hauptkomponenten

TLS besteht aus den beiden Hauptkomponenten TLS Handshake und TLS Record

  • Im TLS Handshake findet ein sicherer Schlüsselaustausch und eine Authentifizierung statt
  • TLS Record verwendet dann den im TLS Handshake ausgehandelten symmetrischen Schlüssel für eine sichere Datenübertragung – die Daten werden verschlüsselt und mit einem MAC gegen Veränderungen geschützt übertragen
Schlüsselaustausch

Für den Schlüsselaustausch sind in den älteren TLS-Versionen verschiedene Algorithmen mit unterschiedlichen Sicherheitsgarantien im Einsatz

Vor- und Nachteile

Der Vorteil des TLS-Protokolls ist die Möglichkeit, jedes höhere Protokoll auf Basis des TLS-Protokolls zu implementieren

  • Damit ist eine Unabhängigkeit von Anwendungen und Systemen gewährleistet

Der Nachteil der TLS-verschlüsselten Übertragung besteht darin, dass der Verbindungsaufbau auf Serverseite rechenintensiv und deshalb langsamer ist

  • Die Verschlüsselung selbst beansprucht je nach verwendetem Algorithmus nur wenig Rechenzeit

Verschlüsselte Daten sind auf niedrigeren Schichten (etwa auf PPTP-Ebene) kaum durch Kompression zu verdichten

TLS verschlüsselt nur die Kommunikation zwischen zwei Stationen

  • Es sind Szenarien in serviceorientierten Architekturen denkbar, in denen eine Nachricht über mehrere Stationen gesendet wird
  • Wenn jede Station nur einen Teil der Nachricht lesen darf, reicht TLS nicht aus, da jede Station alle Daten der Nachricht entschlüsseln kann
  • Somit entstehen Sicherheitslücken an jeder Station, die nicht für sie bestimmte Daten entschlüsseln kann

Implementierungen

Zu den bekanntesten Programmbibliotheken, die Transport Layer Security implementieren, gehören:

TLS in der Praxis

TLS-Verschlüsselung wird gegenwärtig vor allem mit HTTPS eingesetzt

  • Die meisten aktuellen Webbrowser und Webserver bevorzugen TLS 1.3 und TLS 1.2
  • Die älteren Versionen TLS 1.1 und TLS 1.0 werden nicht mehr unterstützt
  • In aktuellen Browsern ist SSLv3 und SSLv2 deaktiviert, da diese Protokollversion eine Reihe von Sicherheitslücken, unter anderem des Poodle-Angriffs aufweist
TLS 1.3

Die Weiterentwicklung TLS 1.3 wird von allen nennenswert verbreiteten Browsern auf Desktops und Smartphones unterstützt , TLS 1.2 wird von 98,7 Prozent aller Browserinstallationen unterstützt; Ausnahmen sind mehrere Jahre alte Versionen (Stand 02/2022)

Das Deutsche Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik empfiehlt bei der Verwendung von TLS die Versionen 1.2 und 1.3. Cipher Suiten mit Perfect Forward Secrecy werden bevorzugt empfohlen

Seit einiger Zeit nutzen immer mehr Webseitenbetreiber Extended-Validation-TLS-Zertifikate (EV-TLS-Zertifikat)

  • In der Adresszeile des Browsers wird zusätzlich ein Feld angezeigt, in dem Zertifikats- und Domaininhaber im Wechsel mit der Zertifizierungsstelle eingeblendet werden
  • Zudem wird je nach verwendetem Browser und/oder Add-on die Adresszeile (teilweise) grün eingefärbt
  • Internetnutzer sollen so schneller erkennen, ob die besuchte Webseite echt ist, und besser vor Phishingversuchen geschützt werden
  • EV-TLS-Zertifikate bieten in technischer Sicht keinen erweiterten Schutz, die Verschlüsselung und deren Stärke ist identisch
  • Nur der Inhaber wird dabei besser und aufwändiger verifiziert
  • Seit 2019 werden diese Zertifikate in den Browsern nicht mehr prominent hervorgehoben, weil der erwartete Sicherheitsgewinn für den Endbenutzer ausblieb

Seit Januar 2017 markiert der Web-Browser Chrome Internetseiten als unsicher, die Informationen sammeln, ohne dabei HTTPS zu nutzen

  • Das wird voraussichtlich zu einem signifikanten Anstieg des Einsatzes von HTTPS führen
  • Im Februar 2017 war HTTPS bei 2,57 % aller registrierten deutschen Internet-Domains

sowie bei 3,70 % der österreichischen Domains und 9,71 % der Schweizer Domains aktiviert

  • Eine Untersuchung von rund 40.000 Webseiten klein- und mittelständischer Unternehmen in Baden-Württemberg durch den Landesbeauftragten für den Datenschutz und die Informationsfreiheit Baden-Württemberg hat ergeben, dass rund 7 % der untersuchten Webseiten über HTTPS angeboten werden
  • Bei jenen Webseiten, die über HTTPS angeboten werden, ist die serverseitige Unterstützung für TLS 1.0 noch sehr weit verbreitet (99 %)


TLS ist ohne eine zertifikatsbasierte Authentifizierung anfällig für Man-in-the-Middle-Angriffe: Ist der Man-in-the-Middle vor der Übergabe des Schlüssels aktiv, kann er beiden Seiten seine Schlüssel vorgaukeln und so den gesamten Datenverkehr im Klartext aufzeichnen und unbemerkt manipulieren

  • Wegen der mangelnden Vertrauenswürdigkeit einiger Zertifizierungsstellen wird seit Anfang 2010 die Sicherheit von TLS grundsätzlich angezweifelt

Durch die Deaktivierung fragwürdiger Zertifizierungsstellen im eigenen Browser lässt sich dieses Risiko jedoch weitgehend beseitigen

In Verbindung mit einem virtuellen Server, zum Beispiel mit HTTP (etwa beim Apache HTTP Server über den VHost-Mechanismus), ist es grundsätzlich als Nachteil zu werten, dass pro Kombination aus IP-Adresse und Port nur ein Zertifikat verwendet werden kann, da die eigentlichen Nutzdaten des darüber liegenden Protokolls (und damit der Name des VHosts) zum Zeitpunkt des TLS-Handshakes noch nicht übertragen wurden

  • Dieses Problem wurde mit der TLS-Erweiterung Server Name Indication (SNI) im Juni 2003 durch den RFC 3546 behoben
  • Dabei wird bereits beim Verbindungsaufbau der gewünschte Servername mitgesendet
  • Die ursprüngliche Erweiterung wurde für TLS 1.0 beschrieben, aufgrund der Kompatibilität der einzelnen TLS-Versionen zueinander wird SNI auch bei TLS 1.1, Version 1.2 und 1.3 entsprechend der Empfehlung umgesetzt
  • In der Version 1.3 wird zusätzlich auch versucht, die SNI zu verschlüsseln, um mitzulesenden Parteien nicht zu ermöglichen, trotz verschlüsselter Verbindung Informationen über den Zielserver preiszugeben
  • Das muss jedoch vom Browser unterstützt, im Domain Name System (DNS) ein Schlüssel hinterlegt und verschlüsseltes DNS genutzt werden

Im Tor-Netzwerk sind TLS-Zertifikate für Verbindungen in das Internet von besonderer Bedeutung, da ein Abhören einer unverschlüsselten Verbindung mittels Man-in-the-Middle-Angriff dort durch den Rechner, der die Verbindung in das Internet herstellt (bezeichnet als „exit node“), sehr einfach möglich wäre

  • Da eine Verbindung zwischen zwei Endpunkten im Tor-Netzwerks jedoch verschlüsselt ist, kann die verschlüsselte Übertragung von Daten innerhalb des Netzwerks nachrangig betrachtet werden, sofern man dem Routing der Verbindungen vertraut
  • Hier liegt das Hauptmerkmal der TLS-Verschlüsselung in der Authentizität der Gegenseite

Neben HTTPS als verschlüsselte Variante von HTTP sind weitere bekannte Anwendungsfälle für TLS beispielsweise:

Auch Verbindungen zu Datenbanksystemen können über TLS abgesichert werden

  • Dabei werden die Identität des Servers oder auch des Clients geprüft und die gesamte Kommunikation verschlüsselt

Versionen

Version Erscheinungsjahr Bemerkungen
SSL 1.0 1994
SSL 2.0 1995 seit März 2011 überholt
SSL 3.0 1996 seit Juni 2015 überholt
TLS 1.0 1999 seit März 2021 überholt
TLS 1.1 2006 seit März 2021 überholt
TLS 1.2 2008
TLS 1.3 2018 RFC 8446, enthält auch neue Anforderungen für TLS 1.2

Geschichte

Transport Layer Security/Geschichte

Funktionsweise

Transport Layer Security/Funktionsweise

Sicherheit

TLS/Sicherheit


Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks
  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Transport_Layer_Security
Abgerufen von „https://wiki.foxtom.de/index.php?title=Transport_Layer_Security&oldid=115490“