dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Кстати, так как SCT-метка в сертификате – это только дополнительная подпись, то возможность взламывать криптосистему подписи позволяет сгенерировать и TLS-сертификат, и валидную SCT-метку в нём. Логи Certificate Transparency тут никак не мешают.

Другими словами: предположим, что некая сторона умеет взламывать реализации ECDSA (например, используя недокументированную возможность в программном коде, который генерирует подписи) – тогда эта сторона получает набор сертификатов, выпущенных каким-нибудь удостоверяющим центром (УЦ), вычисляет секретный ключ УЦ по значению ECDSA-подписей из сертификатов, а по значению ECDSA-подписи в SCT-метках – вычисляет секретный ключ оператора CT-лога. Теперь эта сторона может выпустить любой подменный сертификат, самостоятельно снабдив его валидными SCT-метками. Наличие CT-логов – никак этому помешать не может. Да, сертификата тогда не будет в логе. Но TLS-клиенты, в типичном сценарии использования, проверяют SCT-метку, а не наличие в логе.

Естественно, зная секретный ключ УЦ, можно просто пойти и получить валидную SCT-метку непосредственно от оператора CT-лога, не взламывая ключи этого оператора. Но, предположим, тогда (пре)сертификат всё же будет опубликован.

Что это означает? Это означает, что возможность глобально ломать ECDSA никак CT-логами не блокируется. Почему-то про это постоянно забывают.

Пишут про метод, позволяющий обнаружить характер сообщений, которыми обмениваются пользователи с LLM через интерфейсы, использующие TLS. Там нет никакой уязвимости TLS, а речь идёт про анализ метаинформации о соединении: свойства потока TLS-пакетов, выдаваемых интерфейсом LLM, коррелируют с потоком токенов, генерируемых моделью; соответственно, зная примерные характеристики потоков токенов, выдаваемых по “чувствительным темам”, можно попытаться обнаружить факт обсуждения таких тем по TLS-трафику. Это давно известная особенность TLS-соединений. Работает не только для LLM, но и для прочих веб-интерфейсов приложений.

Процитирую фрагмент по этой теме из моего технического описания TLS:

Прослушивающая сторона может определить длину передаваемых TLS-записей, штатная работа протокола (до версии 1.3) не подразумевает каких-то эффективных средств маскировки длины сообщений, если они содержат достаточное количество байтов (маскировать длину данных необходимо дополнительно). Например, если пользователь загружал через веб-форму файл существенного объёма, то количество переданных байтов, очевидно, будет отличаться от сценария, когда пользователь просто закрыл веб-форму. Анализ длины переданных записей, порядка их следования, и сопоставление результата с особенностями веб-интерфейса, нередко позволяет точно определить, какие именно действия совершил пользователь.

Cloudflare собираются вместе с Google тестировать новый формат TLS-сертификатов в браузере Chrome. Это сертификаты, в которых вместо значения подписи размещается доказательство принадлежности к дереву Меркла (дерево хешей), где соответствующий корень подписан удостоверяющим центром (УЦ). Это принципиально иная структура, по сравнению с действующей в TLS для веба сейчас. Подписи не будет в оконечном сертификате, но зато и проверять в типичном сценарии нужно меньшее количество подписей. Схема хорошо подходит для криптосистем с постквантовой стойкостью: в этих криптосистемах запись значения подписи часто требует много байтов, а использование дерева позволяет эти значения не передавать вместе с каждым сертификатом. При этом хеш-функции, в целом, считаются достаточно стойкими к гипотетическим атакам на квантовом компьютере. Стойкость доказательств, использующих дерево Меркла, основана на стойкости хеш-функций (помимо подписи, конечно).

То есть, если схему упростить, то УЦ выпускает сертификаты пачками, объединяет их в дерево Меркла и подписывает корень. Схема аналогична тому, как устроены логи Certificate Transparency. Сторона, проверяющая такие сертификаты, должна считать доверенным подходящий корень дерева: то, что значение конкретного сертификата сходится к нужному корню – проверяется путём вычисления значений хеш-функций от сертификата и от вершин, поддерживающих путь к корню; нужные для проверки значения хеш-функций как раз и передаются вместо подписи в сертификате. По ссылке выше есть картинки, объясняющие принцип.

Это пока что эксперимент. В роли тестового УЦ, выпускающего сертификаты “деревьями Меркла”, выступит Cloudflare. Но обещают, что это будет не полноценный УЦ, а только сервис, просто укладывающий “в дерево” уже выпущенные действующим доверенным УЦ сертификаты. Соответствие сертификатов разных типов станет проверять Google, прежде чем раздавать в браузеры соотвествующие “корни доверия”. Обратите внимание, что тут речь про корни в терминах схемы с деревьями Меркла: это совсем не то же самое, что корневые ключи УЦ – ключи УЦ остаются, в том числе, корневые, но они здесь используются для проверки подписей на корнях дерева, охватывающего некоторый набор сертификатов. В разрабатываемой схеме, вообще говоря, будут не просто корни, а некоторые опорные узлы, позволяющие дереву расти. Возможно, я напишу отдельную подробную записку про эту технологию, которая технология, кстати, полностью поменяет имеющуюся сейчас инфраструктуру УЦ для веба. Поменяет уже на техническом уровне. В общем, довольно интересное развитие истории с TLS-сертификатами.

Что-то опять довелось услышать сравнение аутентификации в SSH (по ключам) и двусторонней аутентификации в TLS (HTTPS) по сертификатам: мол, и там, и там – есть секретные ключи, которые нужно передавать для организации работы приложений, так что это одно и то же с точки зрения эксплуатации системы. Но это не так. Ситуации SSH и TLS тут различаются принципиально.

Посудите сами. Речь тут идёт о типовой схеме с SSH-ключами (в SSH тоже можно сделать “сертификаты”, но сейчас не об этом). Итак, в SSH имеем аутентификацию по отпечаткам ключей каждой стороны: сервер, фактически, проверяет отпечаток (то есть, значение – не важно) открытого ключа клиента; а клиент – отпечаток открытого ключа сервера. Стороны аутентифицируют каждая каждую напрямую, без помощи третьей доверенной стороны. Если ключ скомпрометирован, то его нужно непосредственно исключить по значению из списка доверенных. Например, удалить на сервере из authorized_keys.

При этом список доверенных ключей каждая сторона ведёт собственный (да, могут быть вспомогательные механизмы автоматического добавления снаружи и, также, внешней проверки, но штатный способ – собственная, локальная проверка). Включение в список доверенных ключей выполняется с участием администратора. На клиенте, нередко, добавление выполняется автоматизированно, при первом соединении (но не всегда так). Да, тут есть проблема, что многие администраторы и DevOps сейчас, подобно пользователям браузеров, начинают привыкать к игнорированию сообщений о добавлении новых отпечатков в доверенные. (Но действующую подмену, вообще говоря, в правильно настроенном SSH-клиенте проигнорировать сильно сложнее, чем в браузере.)

Теперь TLS. Двусторонняя аутентификация: серверный и клиентский сертификаты. Тут обязательно участвует третья сторона: штатный способ аутентификации – проверка подписи на сертификатах ключей. Технически, можно сравнить отпечатки (key pinning и пр.), но это будет за рамками типовой схемы. Типовая же схема требует сравнения не отпечатка, а подписи, поставленной третьей стороной. Совсем другая история, по сравнению с SSH. Именно что от слова “совсем”. Тут уже нельзя “отключить ключ” клиента или сервера, просто удалив его из списка доверенных. А если нет способа внешней проверки статуса сертификата и способа отзыва сертификатов, то всякий действующий (по времени) сертификат с верной подписью удостоверяющего центра будет всегда принят стороной, проводящей проверку. Подпись известного удостоверяющего центра верна? Верна. Принимаем. Без вариантов.

Если секретный ключ от клиентского сертификата утёк вместе с сертификатом, то тот, кто увёл ключ и сертификат, сможет предъявить этот сертификат серверу и пройти аутентификацию. Без отзыва сертификата – сервер ничего не может поделать: нет у него способа проверить, что это какой-то скомпрометированный ключ. Заметьте, что именно поэтому механизм отзыва тут строго необходим (ну, либо, можно увязнуть в новомодных тенденциях: сертификат должен быть сверхкороткого действия; что, естественно, никак не отменяет невозможность “отключения” доступа для всё ещё действующего сертификата, только интервал времени для успешной атаки уменьшается, это да).

В схеме SSH, чтобы подставить ключ на сервер – нужно прописать его значение в файл на сервере. В схеме с TLS-сертификатами – нужно подписать сертификат на стороне УЦ. На сервер, которому будет предъявлен валидный сертификат, даже не потребуется заходить.

Так что подходы к аутентификации в SSH и TLS (по сертификатам) – совершенно разные, нельзя их смешивать.

В Cloudflare выпустили разбор ситуации с выпуском неавторизованных TLS-сертификатов для 1.1.1.1. Пишут, что в логах Certificate Transparency (CT) эти TLS-сертификаты не обнаружили потому, что не отслеживались сертификаты для IP-адресов, в мониторинг приходило слишком много сообщений из CT, а также и не для всех доменов/ресурсов настроили отслеживание сертификатов.

В общем – не следили за сертификатами в CT-логах, несмотря на наличие соответствующего собственного сервиса. Ситуация “сапожник без сапог” – не редка в корпорациях, и, к сожалению, настигла Cloudflare тоже. Но тут, как минимум, оперативно выпустили подробный разбор случившегося.

Обнаружились подозрительные TLS-сертификаты, валидные для IP-адреса 1.1.1.1 (в поле SAN), но, видимо, выпущенные без согласия компании Cloudflare, являющейся оператором адреса. Один из сертификатов довольно свежий – 26 августа этого года. Выпущены эти сертификаты УЦ (Удостоверяющим Центром), ключи которого, как пишут, входят в список доверенных Microsoft Windows (но не Mozilla, и не Google Chrome).

Эти сертификаты могут быть тестовыми – на такую мысль наводят использованные в них имена доменов. IP-адрес 1.1.1.1 кто-то мог ввести в качестве заглушки: по “старинной традиции” этот адрес многие воспринимают как “невозможный”. В любом случае – УЦ должен проверять право управления для всех имён и адресов, указываемых в сертификате, так что, если это тест, то он, к сожалению, не прошёл.

Такой сертификат, при наличии секретного ключа, позволяет незаметно для пользователя перехватить TLS-трафик в сторону IP-адреса 1.1.1.1, который соответствует нескольким глобальным сервисам Cloudflare (DNS-резолвер и VPN-сервис, как минимум). Чтобы перехват сработал – клиентское ПО должно считать ключи УЦ доверенными, так что, получается, в такой конфигурации сработает только для Windows (ну или только в браузере Edge, если он использует отдельный набор корней, а сама ОС этому УЦ не верит).

(Это дополненная и скорректированная версия статьи, которую я некоторое время назад публиковал на “Хабре”.)

Данные в запросах и ответах классической DNS никак не защищены, передаются в открытом виде. DNS-over-TLS (DoT, RFC 7858) предоставляет один из инструментов защиты информации, а именно: защиту DNS-запросов и DNS-ответов от прослушивания на промежуточных узлах.

DoT использует TLS для зашифрования DNS-транзакций, передаваемых между узлами, но не защищает сами DNS-данные. Под “DNS-данными” тут подразумевается состав ответов и запросов DNS: имена и записи. То есть, если ваш локальный компьютер использует DoT для работы с DNS-сервером, то передаваемые DNS-данные не видны “на транзите” (как объясняется ниже, сам факт обмена DNS-данными обычно всё равно виден) и нельзя простым способом узнать, для какого узла и какие DNS-запросы направлялись. Однако, если DNS-сервер, к которому запросы отправлялись с защитой DoT, возвращает неверные, искажённые DNS-данные, – например, подставляет собственный IP-адрес для, условно, example.com, – то DoT ничего с этим поделать не может – тут уже нужно использовать DNSSEC.

На всякий случай, замечу: DoT – это технология, которая никак не связана с DNS-over-HTTPS (DoH). Архитектура DoT довольно логичная: TLS здесь используется в качестве инструмента создания защищённого “сокета” между DNS-клиентом и DNS-сервером. Через “сокет” передаются те же DNS-запросы/DNS-ответы, как они передавались бы на уровне обычного UDP или TCP. То есть “сокет” с TLS тут нужно считать туннелем, работа которого прозрачна для уровня DNS. Естественно, чтобы использовать DoT в таком прозрачном режиме, нужна поддержка TLS и на клиенте, и на сервере. Однако, поскольку спецификация отводит TLS обособленный уровень (в отличие от DoH), ничто не мешает поднять TLS-соединение между узлами какими-то другим способом, установив тем самым туннель, а запросы/ответы от неподдерживающих TLS клиентов/серверов перенаправлять без изменений через этот туннель.

Вспомним самые базовые свойства DNS как сервиса поиска данных. Эти свойства важны для понимания места DoT в уже построенной инфраструктуре. DNS – сложная система, работающая по сложным и, что называется, “развесистым” протоколам (простой эта система только кажется; в чём, надеюсь, можно убедиться даже по результатам чтения данной небольшой статьи). Внедрение TLS в DNS заметно усложняет архитектуру, но конкретно DoT позволяет внести изменения почти оптимальным образом.

Типовой сценарий работы DNS это так называемый рекурсивный опрос, в котором специальный DNS-сервер (резолвер) производит обход других DNS-серверов (которые называются “авторитативными”), следуя по веткам дерева делегирования с целью поиска данных, соответствующих некоторому ключу. Хрестоматийный пример: в качестве ключа выступает имя хоста (example.com), а целевыми данными является IP-адрес (значение адресной A-записи), то есть, “хотим найти IP-адрес для имени сервера”. DNS правильно рассматривать именно как специальную распределённую базу данных и сервис поиска в этой базе данных. Собственно, сама аббревиатура DNS может расшифровываться двумя способами: Domain Name System и Domain Name Service. DoT – относится к транспорту для сервиса поиска и позволяет защитить трафик каждого DNS-запроса на каждом отрезке. (А криптографическая система на уровне базы данных DNS – это как раз DNSSEC, но DNSSEC не зашифровывает данные.)

Рекурсивный DNS-резолвер, если подходящий ответ отсутствует в кеше, обращается к разным авторитативным серверам Интернета по некоторому довольно сложному алгоритму и, при штатной работе системы, либо получает от сервера нужный ответ о целевом имени, либо получает так называемый делегирующий ответ, который содержит имена других авторитативных серверов и позволяет резолверу продолжить поиск, обращаясь уже к каким-то из этих серверов (откуда и появляется “рекурсия” в названии процесса). При этом рекурсивный резолвер обычно находится за пределами “локальной машины”. В качестве рекурсивного резолвера может выступать сервер провайдера интернет-доступа или публичный сервис типа Google Public DNS 8.8.8.8. На локальной машине DNS-запросы обрабатывает более простая программа – stub-резолвер, который только перенаправляет запросы рекурсивному резолверу (иногда его ещё называют “рекурсор”) и принимает от него ответы. DoT может использоваться на любом участке работы DNS: не только на “последней миле”, то есть на отрезке от локального stub-резолвера к рекурсивному резолверу, но и между авторитативными серверами. Кстати, эта “последняя миля” в современных браузерах как раз часто защищена при помощи DNS-over-HTTPS.

Итак, общая логика работы DoT следующая:

1) произвольный DNS-клиент, если он поддерживает TLS, устанавливает TLS-соединение, подключившись по TCP к DNS-серверу (для UDP есть отдельный вариант – DNS-over-DTLS, здесь можно считать, что он работает так же, как и DoT);
2) DNS-клиент может провести аутентификацию сервера различными способами (см. ниже);
3) если TLS-соединение установлено, то DNS-клиент переходит к отправке DNS-запроса обычным способом, но уже через TLS-соединение;
4) ответ DNS-сервера доставляется в рамках того же TLS-соединения; при этом формат DNS-ответа и прочие свойства – не изменяются, если сравнивать с работой DNS непосредственно по UDP или TCP, без TLS-туннеля (см. ниже);
5) TLS-соединение закрывается, если клиент не планирует использовать его далее.

Для DoT выделен номер порта 853 (классический номер порта DNS – 53). Поэтому клиенты могут сразу пробовать использовать DoT, подключаясь по TCP на номере порта 853. Так как DoT – универсальная спецификация, то такое подключение можно устанавливать и к авторитативным серверам. Но сейчас поддержка DoT на авторитативных серверах является большой редкостью. Тем не менее, DoT поддерживают, например, серверы DNS-зон facebook.com и wikimedia.org.

Практика

Воспользуемся утилитой dig из пакета BIND и посмотрим, как DoT работает вживую на авторитативных серверах. В качестве источника примеров используем зону wikimedia.org, авторитативные серверы имён которой поддерживают DoT.

Утилита dig – это один из типовых инструментов из области DNS. В более или менее современной версии dig умеет в DoT сразу из коробки: нужно просто указывать опцию +tls при вызове. Я здесь использую версию 9.18.33-1 под Raspberry Pi OS (Debian 12).

Сначала определим, на какие серверы делегирована зона wikimedia.org (пока что без DoT), это делается запросом NS-записей (-t NS):

$ dig -t NS +short wikimedia.org
ns1.wikimedia.org.
ns2.wikimedia.org.
ns0.wikimedia.org.

(+short здесь – это краткий формат вывода.)

Наша цель – отправить запрос AAAA-записи (IPv6-адрес) через DoT и получить ответ, посмотрев, с помощью tshark, что происходит в трафике. Кроме того, мы извлечём серверный TLS-сертификат с авторитативного сервера и глянем, что там, в сертификате, написано. Будем использовать авторитативный сервер ns1.wikimedia.org. Однако сначала определим его IPv4-адрес, чтобы DNS-запросы отправлять непосредственно серверу.

$ dig -t A +short ns1.wikimedia.org.
208.80.153.231

Запросили A-запись – получили IPv4-адрес в ответ. Теперь включаем DoT (и тут вообще будет опций побольше, но все они объяснены ниже):

$  dig -t AAAA @208.80.153.231 +tls +nocookie +norec wikimedia.org

; <<>> DiG 9.18.33-1~deb12u2-Debian <<>> -t AAAA @208.80.153.231 +tls +nocookie +norec wikimedia.org
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 44438
;; flags: qr aa; QUERY: 1, ANSWER: 1, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 1232
; TCP KEEPALIVE: 157.0 secs
; PAD: (388 bytes)
;; QUESTION SECTION:
;wikimedia.org.			IN	AAAA

;; ANSWER SECTION:
wikimedia.org.		300	IN	AAAA	2a02:ec80:300:ed1a::1

;; Query time: 300 msec
;; SERVER: 208.80.153.231#853(208.80.153.231) (TLS)
;; WHEN: Sun Mar 16 18:18:01 MSK 2025
;; MSG SIZE  rcvd: 468

(Опции: +tls - используем DoT, +nocookie - без куки-меток, чтобы не перегружать вывод (DNS-куки не относятся к DoT и тут не рассматриваются: про них планирую отдельную записку опубликовать), +norec - не устанавливаем флаг рекурсии.)

Здесь уже в нижнем информационном блоке видно, что запрос и ответ передавались с использованием TLS, через TCP-соединение на номере порта 853. То есть, это DoT.
Дополнительно подтвердить, что трафик ходил через TLS, можно при помощи tshark, посмотрев в дамп, записанный tcpdump (это два основных инструмента).

Для записи дампа трафика (может потребоваться root-доступ, см. также про экспорт сессионных ключей TLS ниже):

# tcpdump -i eth0 -w pcap-dns.pcap

Парсинг дампа при помощи tshark:

$ tshark -r pcap-dns.pcap -o tls.keylog_file:keylog.log -O tls,dns -S "-----PACKET-----" -x

Здесь: -r - входной PCAP-файл; -o tls.keylog_file:keylog.log - это импорт сессионных ключей TLS, они потребуются для раскрытия DNS-трафика (про способ экспорта кратко рассказано ниже); -O tls,dns - перечень протоколов для парсера; -S "..." - разделитель "пакетов" в распечатке дампа, можно использовать любую удобную строку; -x - выводить hex-дамп тоже.

В распечатке дампа находим примерно следующее:

Internet Protocol Version 4, Src: 192.168.1.13, Dst: 208.80.153.231
Transmission Control Protocol, Src Port: 36461, Dst Port: 853, Seq: 1, Ack: 1, Len: 303
Transport Layer Security
    TLSv1 Record Layer: Handshake Protocol: Client Hello
        Content Type: Handshake (22)
        Version: TLS 1.0 (0x0301)
        Length: 298
        Handshake Protocol: Client Hello
            Handshake Type: Client Hello (1)
            Length: 294
            Version: TLS 1.2 (0x0303)

Это часть сообщения ClientHello, направленного утилитой dig авторитативному DNS-серверу. Соответствующее серверное сообщение ServerHello, которое можно найти в дампе, вместе с возможностью расшифровывать трафик, означает, что узлы успешно установили соединение TLS 1.3. Внутри TLS-соединения передан DNS-запрос и получен DNS-ответ.

Чтобы посмотреть прикладной трафик внутри TLS, нужно экспортировать сессионные ключи - то есть, симметричные секреты, которые стороны использовали для зашифрования трафика. Конкретный способ экспорта зависит от параметров сборки dig и системного окружения, но обычно достаточно установить переменную окружения SSLKEYLOGFILE, чтобы dig, при использовании TLS, выводила ключи в файл или в STDERR (откуда их можно точно так же скопировать). Механика экспорта TLS-ключей не относится к теме данной статьи, поэтому детали остаются за скобками. А вот выдачу tshark для расшифрованного DNS-трафика - посмотрим. Запрос:

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Application Data Protocol: Domain Name System
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 61
        [Content Type: Application Data (23)]
        Encrypted Application Data: [...]
        [Application Data Protocol: Domain Name System]
Domain Name System (query)
    Length: 42
    Transaction ID: 0xad96
    Flags: 0x0020 Standard query
        0... .... .... .... = Response: Message is a query
        .000 0... .... .... = Opcode: Standard query (0)
        .... ..0. .... .... = Truncated: Message is not truncated
        .... ...0 .... .... = Recursion desired: Don't do query recursively
        .... .... .0.. .... = Z: reserved (0)
        .... .... ..1. .... = AD bit: Set
        .... .... ...0 .... = Non-authenticated data: Unacceptable
    Questions: 1
    Answer RRs: 0
    Authority RRs: 0
    Additional RRs: 1
    Queries
        wikimedia.org: type AAAA, class IN
            Name: wikimedia.org
            [Name Length: 13]
            [Label Count: 2]
            Type: AAAA (IPv6 Address) (28)
            Class: IN (0x0001)
[...]

Здесь и далее часть данных (опции EDNS и пр.) удалена, чтобы не слишком растягивать распечатку. В блоке Flags можно видеть параметры запроса, как его сформировала утилита dig. А в блоке Queries (сам запрос) - имя wikimedia.org. и состав запроса IN AAAA. Обратите внимание на поле [Application Data Protocol: Domain Name System]. Вообще, то, что TLS-сессия используется для DoT, видно не только по номеру порта, но и по идентификатору протокола уровня приложений, который dig передаёт в составе начального TLS-сообщения ClientHello. Выглядит это вот так:

Extension: application_layer_protocol_negotiation (len=6)
  Type: application_layer_protocol_negotiation (16)
   Length: 6
    ALPN Extension Length: 4
    ALPN Protocol
     ALPN string length: 3
     ALPN Next Protocol: dot

ALPN - это Application Layer Protocol Negotiation, расширение ClientHello, которое позволяет сразу сообщить серверу, какой именно прикладной протокол будет использован поверх этого соединения. Для DoT зарезервирован идентификатор 0x646F74 (то есть, строка "dot" в ASCII). Расширение передаётся в открытом виде, поэтому системе, инспектирующей трафик, нетрудно классифицировать TLS-сессию как сессию DNS: номер порта и идентификатор протокола - этого вполне достаточно. Понятно, что ни TLS, ни DoT и не ставят своей целью сокрытие факта соединения.

Просматривая выдачу tshark далее, находим DNS-ответ:

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Application Data Protocol: Domain Name System
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 487
        [Content Type: Application Data (23)]
        Encrypted Application Data: [...]
        [Application Data Protocol: Domain Name System]
Domain Name System (response)
    Length: 468
    Transaction ID: 0xad96
    Flags: 0x8400 Standard query response, No error
        1... .... .... .... = Response: Message is a response
        .000 0... .... .... = Opcode: Standard query (0)
        .... .1.. .... .... = Authoritative: Server is an authority for domain
        .... ..0. .... .... = Truncated: Message is not truncated
        .... ...0 .... .... = Recursion desired: Don't do query recursively
        .... .... 0... .... = Recursion available: Server can't do recursive queries
        .... .... .0.. .... = Z: reserved (0)
        .... .... ..0. .... = Answer authenticated: Answer/authority portion was not authenticated by the server
        .... .... ...0 .... = Non-authenticated data: Unacceptable
        .... .... .... 0000 = Reply code: No error (0)
    Questions: 1
    Answer RRs: 1
    Authority RRs: 0
    Additional RRs: 1
    Queries
        wikimedia.org: type AAAA, class IN
            Name: wikimedia.org
            [Name Length: 13]
            [Label Count: 2]
            Type: AAAA (IPv6 Address) (28)
            Class: IN (0x0001)
    Answers
        wikimedia.org: type AAAA, class IN, addr 2a02:ec80:300:ed1a::1
            Name: wikimedia.org
            Type: AAAA (IPv6 Address) (28)
            Class: IN (0x0001)
            Time to live: 300 (5 minutes)
            Data length: 16
            AAAA Address: 2a02:ec80:300:ed1a::1
    Additional records
        : type OPT
            Name: 
            Type: OPT (41)
[...]
            Option: EDNS TCP Keepalive
                Option Code: EDNS TCP Keepalive (11)
                Option Length: 2
                Option Data: 0622
                Timeout: 1570
            Option: PADDING
                Option Code: PADDING (12)
                Option Length: 388
                Option Data: 00…
                Padding: 00…

Это исходник DNS-ответа, который был отображён dig (см. распечатку выше). Обратите внимание на секцию "опций", вот её копия из выдачи dig:

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 1232
; TCP KEEPALIVE: 157.0 secs
; PAD: (388 bytes)

Здесь мы, например, без труда видим, что параметр TCP Keepalive имеет значение 157 секунд, как и в распечатке tshark, а дополнение (padding) совпадает по длине (388 октетов). Как нетрудно догадаться по названию, TCP Keepalive содержит указание на интервал времени, в течение которого сервер (в данном случае) готов поддерживать контекст TCP-соединения, чтобы клиент мог реализовать конвейеризацию запросов. К DoT это относится весьма косвенно, но зато служит прекрасным примером реальной сложности современных DNS-протоколов (про Keepalive в DNS тоже можно написать отдельную статью, как ни странно).

А вот дополнение (padding) к DoT относится в большей степени, чем Keepalive, хоть и так же находится за пределами конкретно DoT. Идея использования дополнения здесь в том, чтобы можно было изменять длину блоков данных, содержащих DNS-транзакции, не влияя на сами транзакции. Если длину блоков выравнивать, то это позволяет сделать семантически разные блоки неразличимыми по длине. Что, кстати, особенно важно, если блоки зашифрованы. Проще говоря, наблюдая трафик, состоящий из разных по длине блоков данных, где длина определяется форматом, можно выстроить корреляцию с конкретными DNS-запросами и ответами по порядку их следования. Ведь параметры известны: длина доменного имени, длина "флагов" и заголовков, количество DNS-записей в ответах и т.д. Это позволит сделать предположения о составе наблюдаемого трафика, даже без раскрытия самого его содержания. Если же вы наблюдаете только ровный конвейер блоков одинаковой длины, в стиле "запрос-ответ, всё в одинаковых коробках", то извлечь дополнительную информацию гораздо сложнее. Естественно, можно при помощи дополнения варьировать длину и так, чтобы, напротив, блоки не были одинаковыми по количеству байтов. Заметьте, что аналогичный механизм выравнивания длины записей с помощью дополнения есть и в TLS 1.3.

TLS-сессия использует серверный сертификат. Для авторитативного сервера ns1.wikimedia.org. TLS-сертификат можно получить из дампа трафика (но, так как там TLS 1.3, придётся расшифровать отдельно), а можно воспользоваться утилитой s_client из OpenSSL: TLS в DoT точно такой же, как и в других случаях, так что s_client сработает прекрасно, нужно лишь подключиться по номеру порта 853, вот так:

$ openssl s_client -connect 208.80.153.231:853

Cертификаты в TLS нужны для аутентификации узлов, то есть для установления подлинности этих узлов. Однако в DoT с сертификатами связаны свои особенности.

Во-первых, спецификация не указывает методов аутентификации, которые обязательно должны использоваться. Основное предназначение TLS-сертификата в том, чтобы привязать открытый ключ сервера к сетевому илмени или адресу. Однако сам TLS-сертификат далеко не всегда полезен для DNS: например, можно ли требовать, чтобы имя авторитативного сервера соответствовало имени в сертификате (как это делается для веба)? В DNS сложно строго сопоставить имена серверов: конкретный контекст DNS-запроса никакого имени сервера не предусматривает - запрос отправляется по IP-адресу. Да, можно наследовать имя из предыдущих запросов и ответов, но получится не самый строгий результат. Поэтому имя из сертификата можно использовать, а можно и игнорировать. Зато TLS-сертификаты для IP-адресов подошли бы неплохо.

Технически, ничто не мешает выпустить сертфикат для IP-адреса. Если говорить про имеющиеся "хорошо известные УЦ", то сертификаты для IP-адресов пока что выпускают неохотно, так как есть трудности с надёжной проверкой права управления адресом, а также с сопровождением. Впрочем, Let's Encrypt обещают довольно скоро сделать автоматические короткоживущие TLS-сертификаты на IP-адреса для всех, используя механизм подтверждения управления адресом чисто по TLS. Это должно позволить в прозрачном режиме привязать ACME-проверку к DoT, не поднимая ненужного, в данном случае, веб-сервера.

Во-вторых, в DoT можно применять дополнительные методы аутентификации, которые не связаны с привычной по вебу инфраструктурой УЦ: например, проверять отпечаток серверного ключа подписи, а не сверять подписи в сертификатах.

В-третьих, DoT использует "приспособительный" подход и к аутентификации, и к TLS в целом. Это то, что в англоязычной традиции называется Opportunistic Security - "если удалось, то обязательно будем аутентифицировать и зашифровывать, а если нет - тогда ладно".

Может показаться, что если серверный сертификат не проверять, то от TLS для DNS нет никакого толку: промежуточный узел может перехватить соединение и подставить свой, произвольный сертификат, подходящий по формату. Однако в случае DoT схема, как минимум, всегда защищает от пассивного прослушивания трафика. Пассивное прослушивание реализовать гораздо проще, чем активный перехват, а защита от утечек через "пассивные" каналы и является основной для DoT. Тем более, если речь идёт о работе с авторитативными DNS-серверами. Защита же от активной атаки может быть реализована на "последней миле", где клиенту, обычно, заранее известны некоторые данные о сервере: имя, ключ и так далее.

Кстати, посмотрим на имена и на интервал валидности сертификата, который вернул сервер ns1.wikimedia.org.:

        Serial Number:
            05:f7:71:aa:08:8e:32:88:0a:71:9c:2d:f3:98:17:e1:d6:aa
        Signature Algorithm: ecdsa-with-SHA384
        Issuer: C = US, O = Let's Encrypt, CN = E5
        Validity
            Not Before: Mar 16 05:02:56 2025 GMT
            Not After : Jun 14 05:02:55 2025 GMT
        Subject: CN = ns0.wikimedia.org

[...]
            X509v3 Subject Alternative Name: 
                DNS:ns0.wikimedia.org, DNS:ns1.wikimedia.org, DNS:ns2.wikimedia.org

Это сертификат, выпущенный Let's Encrypt. Subject пропускаем, смотрим в Subject Alternative Name, где указаны все три имени для трёх авторитативных серверов зоны wikimedia.org., которые мы нашли в самом начале этого экскурса в DoT силами dig.

DoT уже поддерживается основными программными пакетами авторитативных серверов и рекурсивных резолверов. Например, BIND и Unbound. Так что протокол можно внедрять не только на "последней миле", но и на авторитативных серверах, защищая трафик резолверов к этим серверам (и обратно).

Подведём итог. DoT, используя TLS, защищает данные от пассивного прослушивания третьей стороной. Если клиент применяет тот или иной метод аутентификации сервера, то DoT может защитить от активного перехвата и подмены данных. Но всё это работает только на том отрезке, где применяется DoT, а защита TLS не распространяется на сам состав DNS-данных. Чтобы защитить содержательную часть DNS, необходимо использовать DNSSEC, а эту технологию тоже можно изучать при помощи dig на практических DNS-зонах.

Почему-то очередную “кросс-протокольную” атаку под названием Opossum стали в новостных сообщениях называть “атакой на TLS”. Но к TLS эта атака имеет примерно такое же отношение, как автомобиль – к дороге. Причём, сами авторы не утверждают, что это атака на TLS – на сайте она классифицирована как “кросс-протокольная атака десинхронизации на прикладном уровне”, а применима к прикладным протоколам, использующим TLS и напрямую, и “приспособительно” (opportunistic) на одном и том же логическом узле.

О чём тут идёт речь? Существуют протоколы обмена командами и данным, в которых использование TLS встроено в схему протокола. То есть, на верхнем логическом уровне, не сам обмен протокола полностью и прозрачно завернут в TLS (как HTTP в HTTPS, скажем), а TLS можно включить, при наличии возможности, уже в контексте самого протокола – пример: SMTP + STARTTLS. То есть, сеанс в рамках атакуемого протокола обязательно начинается в открытом и незащищённом варианте. Это позволяет атакующему подменить начальные сообщения той или иной стороны, а потом переключить трафик на использование TLS: либо штатными средствами протокола, либо – перенаправив трафик на другой номер порта. Атакующий при этом должен активно перехватывать сетевое соединение, подменять пакеты и прозрачно перенаправлять трафик на разные номера портов. (В исходной публикации, для одного из сценариев, ещё и требуют выполнения атакующей стороной произвольного кода в контексте веб-страницы внутри браузера.)

Так, механизм STARTTLS для SMTP – тут сервер может предложить поддержку TLS в самом начале SMTP-сессии, а клиент, если он поддерживает TLS, может тут же начать переход на защищённое соединение, просигнализировав об этом серверу. Если переход на TLS произошёл, то SMTP-сессия начинается, фактически, заново – пусть и в том же сокете, но уже внутри TLS. Но для SMTP есть и вариант с прямым TLS-подключением, то есть, сразу по TLS на другом выделенном номере порта (например, 587, а не 25). Для осуществления атаки требуется, чтобы на сервере были доступны оба способа подключения – смысл и состоит в “перекидывании” сессии между открытым соединением и подставным TLS-соединением.

Атака Opossum для SMTP предлагает атакующему возможность обмануть клиентскую программу, которая пытается подключиться с использованием STARTTLS: атакующий перехватывает соединение этой программы и отвечает вместо сервера, отправляя собственное серверное SMTP-приветствие и опцию, указывающую на STARTTLS; далее, как только клиентская программа начнёт инициировать TLS-соединение, атакующий перенаправляет начальное TLS-сообщение клиента на выделенный для TLS номер порта легитимного сервера; сервер считает, что это просто прямое подключение TLS и обрабатывает его обычным образом. Получается, что клиент прочитал подставное SMTP-приветствие и подставной список SMTP-опций, а потом начал SMTP-сессию через TLS, что для сервера выглядит обычной новой сессией. Таким образом, контекст на сервере как бы отличается от контекста на клиенте. Насколько это критично с практической точки зрения, особенно, на фоне того, что атакующий мог вообще скрыть поддержку TLS сервером, – отдельный вопрос. Но никакой атаки на TLS тут нет, TLS сработал так, как и планировалось, однако шаги штатного протокола на стороне клиента и на стороне сервера теперь не синхронизированы, из-за вмешательства атакующего – запросы и ответы переставлены на полуход. В публикации Opossum это, что логично, так и называется: “десинхронизация прикладного уровня”.

(Иллюстрация из исходной работы.)

Как ни странно, но TLS в “приспособительном” режиме возможен, – в теории, – и для HTTP. Этот вариант, впрочем, практически не встречается на веб-серверах: смысл для HTTP – тёмен, а настраивать нужно отдельно. Для случая HTTP последовательность данной атаки другая: атакующий модифицирует запросы, ответы и задерживает TLS-трафик так, что внутри TLS-сеанса оказывается ответ сервера не на легитимный запрос клиента, а на предыдущий запрос, поступивший к серверу от атакующего в открытом виде. TLS-опять же, атака не касается. Но, как и отмечено в исходной работе, все перечисленные атаки возможны потому, что TLS не предоставляет способа аутентифицировать состояние внешнего протокола на стороне сервера и клиента, а аутентифицирует только имена и адреса. Это так. Однако подобная расширенная аутентификация и не входит в модель TLS: несмотря на наличие расширений типа ALPN, TLS работает только на своём уровне. (Кстати, на ALPN описание атаки Opossum как раз ссылается: с ALPN связана вспомогательная часть и предыдущая атака по теме.)

Let’s Encrypt сообщают, что выпустили первый TLS-сертификат, валидный для IP-адреса. Это сертификат сроком валидности шесть суток, там пустое поле Subject (это важно, если вы всё ещё проверяете сертификаты по Subject), отсутствует ссылка на OCSP, но всё ещё есть ссылка на CRL. IPv6-адрес указан в Subject Alternative Name, вместе с несколькими доменными именами. Часть указанных имён, кстати, имтируют IPv6-адрес, поэтому они аж восьмого уровня. Вообще, максимальная допустимая “глубина” DNS-имён в Let’s Encrypt – десятый уровень.

Провайдер Timeweb, как я заметил, включил поддержку DNS over TLS на двух (как минимум) из своих массовых авторитативных серверов имён (NS): ns2.timeweb.ru., ns4.timeweb.org. Это означает, что резолверы могут использовать TLS при подключении к этим серверам, что автоматом делает DNS over TLS (DoT) довольно распространённой в Рунете технологией, если считать по зонам, так как упомянутые NS использует больше двух с половиной сотен тысяч DNS-зон в .RU.

DoT полезно внедрять на авторитативных серверах. Это защищает трафик резолвера при рекурсивном опросе. Подробно про DoT я недавно писал на “Хабре”.

Скриншот отчёта сервиса проверки настроек DNS:

Хорошо известный удостоверяющий центр SSL.com выпускал TLS-сертификаты для доменов без проверки права управления. Как пишут, статус “подтверждённого имени” получал всякий домен, на произвольный почтовый адрес в котором пользователь смог получить код подтверждения для любого другого домена. То есть, можно было разместить заказ на TLS-сертификат для example.com, выбрать способ подтверждения с отправкой кода по адресу email, указанному в TXT-записи (и такое бывает), – например, akhmet@test.ru, – подтвердить получение кода, и доменное имя из состава адреса, – то есть, test.ru, – тоже получало статус прошедшего проверку права управления.

Очередное подтверждение того, что проверка права управления (DCV) должна проводиться перед выпуском каждого сертификата, для всех имён, указываемых позже в сертификате, и только для этих имён, но строго после получения соответствующего заказа (и процесс подтверждения должен быть привязан к конкретному заказу и к конкретному ключу из заказа). И, конечно, никаких проверок по email для TLS-сертификатов.

(Вообще, подобная ситуация с подтверждением произвольных имён в системе проверки доменов УЦ, имеющего доверие в дистрибутивах браузеров, а значит, успешно прошедшего несколько дорогостоящих аудитов, может показаться специально подстроенной. Но не сомневайтесь: при принятых сейчас методах разработки и тестирования ПО – такое вполне могло получиться без всякого намеренного вмешательства, поскольку роль “случайного проектирования” так же велика, как и предлагаемая нынче роль “фазинга” в обеспечении процессов “безопасной разработки”.)