Transport Layer Security

Secure Sockets Layer (SSL; protocolo de capa de conexión segura) y su sucesor Transport Layer Security (TLS; seguridad de la capa de transporte) son protocolos criptográficos que proporcionan comunicaciones seguras por una red, comúnmente Internet.

Descripción

SSL proporciona autenticación y privacidad de la información entre extremos sobre Internet mediante el uso de criptografía. Habitualmente, sólo el servidor es autenticado (es decir, se garantiza su identidad) mientras que el cliente se mantiene sin autenticar.

SSL implica una serie de fases básicas:

• Negociar entre las partes el algoritmo que se usará en la comunicación
• Intercambio de claves públicas y autenticación basada en certificados digitales
• Cifrado del tráfico basado en cifrado simétrico

Durante la primera fase, el cliente y el servidor negocian qué algoritmos criptográficos se van a usar. Las implementaciones actuales proporcionan las siguientes opciones:

• Para criptografía de clave pública: RSA, Diffie-Hellman, DSA (Digital Signature Algorithm) o Fortezza;
• Para cifrado simétrico: RC2, RC4, IDEA (International Data Encryption Algorithm), DES (Data Encryption Standard), Triple DES y AES (Advanced Encryption Standard);
• Con funciones hash: MD5 o de la familia SHA.

Funcionamiento

El protocolo SSL intercambia registros; opcionalmente, cada registro puede ser comprimido, cifrado y empaquetado con un código de autenticación del mensaje (MAC). Cada registro tiene un campo de content_type que especifica el protocolo de nivel superior que se está usando.

Cuando se inicia la conexión, el nivel de registro encapsula otro protocolo, el protocolo handshake, que tiene el content_type 22.

El cliente envía y recibe varias estructuras handshake:

• Envía un mensaje ClientHello especificando una lista de conjunto de cifrados, métodos de compresión y la versión del protocolo SSL más alta permitida. Éste también envía bytes aleatorios que serán usados más tarde (llamados Challenge de Cliente o Reto). Además puede incluir el identificador de la sesión.

• Después, recibe un registro ServerHello, en el que el servidor elige los parámetros de conexión a partir de las opciones ofertadas con anterioridad por el cliente.

• Cuando los parámetros de la conexión son conocidos, cliente y servidor intercambian certificados (dependiendo de las claves públicas de cifrado seleccionadas). Estos certificados son actualmente X.509, pero hay también un borrador especificando el uso de certificados basados en OpenPGP.

• El servidor puede requerir un certificado al cliente, para que la conexión sea mutuamente autenticada.

• Cliente y servidor negocian una clave secreta (simétrica) común llamada master secret, posiblemente usando el resultado de un intercambio Diffie-Hellman, o simplemente cifrando una clave secreta con una clave pública que es descifrada con la clave privada de cada uno. Todos los datos de claves restantes son derivados a partir de este master secret (y los valores aleatorios generados en el cliente y el servidor), que son pasados a través una función pseudoaleatoria cuidadosamente elegida.

TLS/SSL poseen una variedad de medidas de seguridad:

• Numerando todos los registros y usando el número de secuencia en el MAC.
• Usando un resumen de mensaje mejorado con una clave (de forma que solo con dicha clave se pueda comprobar el MAC). Esto se especifica en el RFC 2104).
• Protección contra varios ataques conocidos (incluyendo ataques man-in-the-middle), como los que implican un degradado del protocolo a versiones previas (por tanto, menos seguras), o conjuntos de cifrados más débiles.
• El mensaje que finaliza el protocolo handshake (Finished) envía un hash de todos los datos intercambiados y vistos por ambas partes.
• La función pseudo aleatoria divide los datos de entrada en 2 mitades y las procesa con algoritmos hash diferentes (MD5 y SHA), después realiza sobre ellos una operación XOR. De esta forma se protege a sí mismo de la eventualidad de que alguno de estos algoritmos se revelen vulnerables en el futuro.

Aplicaciones

SSL se ejecuta en una capa entre los protocolos de aplicación como HTTP, SMTP, NNTP y sobre el protocolo de transporte TCP, que forma parte de la familia de protocolos TCP/IP. Aunque pueda proporcionar seguridad a cualquier protocolo que use conexiones de confianza (tal como TCP), se usa en la mayoría de los casos junto a HTTP para formar HTTPS. HTTPS es usado para asegurar páginas World Wide Web para aplicaciones de comercio electrónico, utilizando certificados de clave pública para verificar la identidad de los extremos.

Aunque un número creciente de productos clientes y servidores pueden proporcionar SSL de forma nativa, muchos aún no lo permiten. En estos casos, un usuario podría querer usar una aplicación SSL independiente como Stunnel para proporcionar cifrado. No obstante, el Internet Engineering Task Force recomendó en 1997 que los protocolos de aplicación ofrecieran una forma de actualizar a TLS a partir de una conexión sin cifrado (plaintext), en vez de usar un puerto diferente para cifrar las comunicaciones – esto evitaría el uso de envolturas (wrappers) como Stunnel.

SSL también puede ser usado para tunelizar una red completa y crear una red privada virtual (VPN), como en el caso de OpenVPN.

Historia y desarrollo

Desarrollado por Netscape, SSL versión 3.0 se publicó en 1996, que más tarde sirvió como base para desarrollar TLS versión 1.0, un estándar protocolo IETF definido por primera vez en el RFC 2246. Visa, MasterCard, American Express y muchas de las principales instituciones financieras han aprobado SSL para el comercio sobre Internet.

SSL opera de una manera modular: sus autores lo diseñaron extensible, con soporte para compatibilidad hacia delante y hacia atrás, y negociación entre las partes (peer-to-peer).

Primeras claves débiles

Algunas primeras implementaciones de SSL podían usar claves simétricas con un máximo de sólo 40-bit debido a las restricciones del gobierno de los Estados Unidos sobre la exportación de tecnología criptográfica. Dicho gobierno impuso una clave de 40-bit lo suficientemente pequeña para ser “rota” por un ataque de fuerza bruta por las agencias de seguridad nacional que desearan leer el tráfico cifrado, a la vez que representaban un obstáculo para atacantes con menos medios. Una limitación similar se aplicó a Lotus Notes en versiones para la exportación. Después de varios años de controversia pública, una serie de pleitos, y el reconocimiento del gobierno de Estados Unidos de cambios en la disponibilidad en el mercado de 'mejores' productos criptográficos producidos fuera del país, las autoridades relajaron algunos aspectos de las restricciones de exportación. La limitación de claves de 40-bit en su mayoría ha desaparecido. Las implementaciones modernas usan claves de 128-bit (o más) para claves de cifrado simétricas.

Estándares

La primera definición de TLS apareció en el RFC 2246: "The TLS Protocol Version 1.0" (El protocolo TLS versión 1.0).

Otros RFC posteriores extendieron TLS:

• RFC 2712: "Addition of Kerberos Cipher Suites to Transport Layer Security (TLS)". Las familias de cifrados de 40-bit definidas en este memo aparecen sólo para propósitos de documentación del hecho de que esas familias de códigos de cifrado han sido ya asignadas.
• RFC 2817: "Upgrading to TLS Within HTTP/1.1", explica cómo usar el mecanismo de actualización en HTTP/1.1 para iniciar TLS sobre una conexión TCP existente. Esto permite al tráfico HTTP inseguro y seguro compartir el mismo puerto conocido (en este caso, http: en el 80 en vez de https: en el 443).
• RFC 2818: "HTTP Over TLS", diferencia tráfico seguro de tráfico inseguro mediante el uso de un 'puerto de servidor' diferente.
• RFC 3268: "AES Ciphersuites for TLS". Añade la familia de cifrado AES a los cifrados simétricos previamente existentes.
• RFC 3546: "Transport Layer Security (TLS) Extensions", añade un mecanismo para negociar extensiones de protocolos durante la inicialización de sesión y define algunas extensiones.
• RFC 4279: "Pre-Shared Key Ciphersuites for Transport Layer Security (TLS)", añade tres conjuntos de nuevas familias de cifrados para que el protocolo TLS permita la autenticación basada en claves previamente compartidas.

TLS 1.1

TLS 1.1 es la última versión aprobada del protocolo TLS. TLS 1.1 clarifica algunas ambigüedades y añade cierto número de recomendaciones. TLS 1.1 es muy similar a TLS 1.0. La principal razón de esta nueva versión es un formato modificado para cifrado RSA anterior al uso de 'master secret', que es parte del mensaje de intercambio de claves del cliente (si se usa RSA), para usar PKCS#1 versión 2.1, en detrimento de PKCS#1 versión 1.5 en TLS 1.0. La razón de dicho cambio es para protegerse contra ataques descubiertos por Daniel Bleichenbacher que podían lanzarse contra servidores TLS 1.0, usando PKCS#1 versión 1.5, que podrían fallar de diferentes formas dependiendo de si el formato descifrado fuera correcto o no. Éste también incluye recomendaciones para evitar ataques remotos programados. TLS 1.1 está actualmente implementado en el navegador Opera y en GnuTLS.

Véase también

• Datagram Transport Layer Security
• OpenSSL: una implementación de código abierto (y muy extendida)
• GnuTLS: una implementación de software libre con licencia compatible con GPL
• JSSE: una implementación realizada en el Java incluida en el Java Runtime Environment
• HTTPS
• X.509

Enlaces externos

• RFC 4346 The TLS Protocol, versión 1.1 (abril de 2006)
• RFC 2246 - The TLS Protocol, versión 1.0 (1999)
• Centro de información de SSL
• The IETF TLS Workgroup
• The GNU Transport Layer Security Library implements both SSL and TLS
• SSL: CSR generation guide
• Mozilla's Network Security Services (NSS) is dual-licensed under the MPL and the GPL

Referencias

• David Wagner and Bruce Schneier, Analysis of the SSL 3.0 Protocol, The second USENIX Workshop on Electronic Commerce Proceedings, USENIX Press, November 1996, pp29–40.