条件下|文中_HTTPS中TLS和TCP能同时握手吗？

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了HTTPS 中 TLS 和 TCP 能同时握手吗？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

大家好&＃xff0c;我是小林。

有位读者在面试的时候&＃xff0c;碰到这么个问题&＃xff1a;

面试官跟他说 HTTPS 中的 TLS 握手过程可以同时进行三次握手&＃xff0c;然后读者之前看我的文章是说「先进行 TCP 三次握手&＃xff0c;再进行 TLS 四次握手」&＃xff0c;他跟面试官说了这个&＃xff0c;面试官说他不对&＃xff0c;他就感到很困惑。

我们先不管面试官说的那句「HTTPS 中的 TLS 握手过程可以同时进行三次握手」对不对。

但是面试官说「HTTPS 建立连接的过程&＃xff0c;先进行 TCP 三次握手&＃xff0c;再进行 TLS 四次握手」是错的&＃xff0c;这很明显面试官的水平有问题&＃xff0c;这种公司不去也罢&＃xff01;

如果是我面试遇到这样的面试官&＃xff0c;我直接当场给他抓 HTTPS 建立过程的网络包&＃xff0c;然后给他看&＃xff0c;啪啪啪啪啪的打他脸。

比如&＃xff0c;下面这个 TLSv1.2 的 基于 RSA 算法的四次握手过程&＃xff1a;

难道不是先三次握手&＃xff0c;再进行 TLS 四次握手吗&＃xff1f;面试官你脸疼吗&＃xff1f;

不过 TLS 握手过程的次数还得看版本。

TLSv1.2 握手过程基本都是需要四次&＃xff0c;也就是需要经过 2-RTT 才能完成握手&＃xff0c;然后才能发送请求&＃xff0c;而 TLSv1.3 只需要 1-RTT 就能完成 TLS 握手&＃xff0c;如下图。

一般情况下&＃xff0c;不管 TLS 握手次数如何&＃xff0c;都得先经过 TCP 三次握手后才能进行&＃xff0c;因为 HTTPS 都是基于 TCP 传输协议实现的&＃xff0c;得先建立完可靠的 TCP 连接才能做 TLS 握手的事情。

那面试官说的这句「HTTPS 中的 TLS 握手过程可以同时进行三次握手」对不对呢&＃xff1f;

这个场景是可能发生的&＃xff0c;但是需要在特定的条件下才可能发生&＃xff0c;如果没有说任何前提条件&＃xff0c;说这句话就是在耍流氓。

那到底什么条件下&＃xff0c;这个场景才能发生呢&＃xff1f;需要下面这两个条件同时满足才可以&＃xff1a;

• 客户端和服务端都开启了 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;且 TLS 版本是 1.3&＃xff1b;
• 客户端和服务端已经完成过一次通信。

那具体怎么做到的呢&＃xff1f;我们先了解些 TCP Fast Open 功能和 TLSv1.3 的特性。

TCP Fast Open

我们先来了解下什么是 TCP Fast Open&＃xff1f;

常规的情况下&＃xff0c;如果要使用 TCP 传输协议进行通信&＃xff0c;则客户端和服务端通信之前&＃xff0c;先要经过 TCP 三次握手后&＃xff0c;建立完可靠的 TCP 连接后&＃xff0c;客户端才能将数据发送给服务端。

其中&＃xff0c;TCP 的第一次和第二次握手是不能够携带数据的&＃xff0c;而 TCP 的第三次握手是可以携带数据的&＃xff0c;因为这时候客户端的 TCP 连接状态已经是 ESTABLISHED&＃xff0c;表明客户端这一方已经完成了 TCP 连接建立。

就算客户端携带数据的第三次握手在网络中丢失了&＃xff0c;客户端在一定时间内没有收到服务端对该数据的应答报文&＃xff0c;就会触发超时重传机制&＃xff0c;然后客户端重传该携带数据的第三次握手的报文&＃xff0c;直到重传次数达到系统的阈值&＃xff0c;客户端就会销毁该 TCP 连接。

说完常规的 TCP 连接后&＃xff0c;我们再来看看 TCP Fast Open。

TCP Fast Open 是为了绕过 TCP 三次握手发送数据&＃xff0c;在 Linux 3.7 内核版本之后&＃xff0c;提供了 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;这个功能可以减少 TCP 连接建立的时延。

要使用 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;客户端和服务端都要同时支持才会生效。

不过&＃xff0c;开启了 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;想要绕过 TCP 三次握手发送数据&＃xff0c;得建立第二次以后的通信过程。

在客户端首次建立连接时的过程&＃xff0c;如下图&＃xff1a;

具体介绍&＃xff1a;

• 客户端发送 SYN 报文&＃xff0c;该报文包含 Fast Open 选项&＃xff0c;且该选项的 COOKIE 为空&＃xff0c;这表明客户端请求 Fast Open COOKIE&＃xff1b;
• 支持 TCP Fast Open 的服务器生成 COOKIE&＃xff0c;并将其置于 SYN-ACK 报文中的 Fast Open 选项以发回客户端&＃xff1b;
• 客户端收到 SYN-ACK 后&＃xff0c;本地缓存 Fast Open 选项中的 COOKIE。

所以&＃xff0c;第一次客户端和服务端通信的时候&＃xff0c;还是需要正常的三次握手流程。随后&＃xff0c;客户端就有了 COOKIE 这个东西&＃xff0c;它可以用来向服务器 TCP 证明先前与客户端 IP 地址的三向握手已成功完成。

对于客户端与服务端的后续通信&＃xff0c;客户端可以在第一次握手的时候携带应用数据&＃xff0c;从而达到绕过三次握手发送数据的效果&＃xff0c;整个过程如下图&＃xff1a;

我详细介绍下这个过程&＃xff1a;

• 客户端发送 SYN 报文&＃xff0c;该报文可以携带「应用数据」以及此前记录的 COOKIE&＃xff1b;
• 支持 TCP Fast Open 的服务器会对收到 COOKIE 进行校验&＃xff1a;如果 COOKIE 有效&＃xff0c;服务器将在 SYN-ACK 报文中对 SYN 和「数据」进行确认&＃xff0c;服务器随后将「应用数据」递送给对应的应用程序&＃xff1b;如果 COOKIE 无效&＃xff0c;服务器将丢弃 SYN 报文中包含的「应用数据」&＃xff0c;且其随后发出的 SYN-ACK 报文将只确认 SYN 的对应序列号&＃xff1b;
• 如果服务器接受了 SYN 报文中的「应用数据」&＃xff0c;服务器可在握手完成之前发送「响应数据」&＃xff0c;这就减少了握手带来的 1 个 RTT 的时间消耗&＃xff1b;
• 客户端将发送 ACK 确认服务器发回的 SYN 以及「应用数据」&＃xff0c;但如果客户端在初始的 SYN 报文中发送的「应用数据」没有被确认&＃xff0c;则客户端将重新发送「应用数据」&＃xff1b;
• 此后的 TCP 连接的数据传输过程和非 TCP Fast Open 的正常情况一致。

所以&＃xff0c;如果客户端和服务端同时支持 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;那么在完成首次通信过程后&＃xff0c;后续客户端与服务端 的通信则可以绕过三次握手发送数据&＃xff0c;这就减少了握手带来的 1 个 RTT 的时间消耗。

TLSv1.3

说完 TCP Fast Open&＃xff0c;再来看看 TLSv1.3。

在最开始的时候&＃xff0c;我也提到 TLSv1.3 握手过程只需 1-RTT 的时间&＃xff0c;它到整个握手过程&＃xff0c;如下图&＃xff1a;

TCP 连接的第三次握手是可以携带数据的&＃xff0c;如果客户端在第三次握手发送了 TLSv1.3 第一次握手数据&＃xff0c;是不是就表示「HTTPS 中的 TLS 握手过程可以同时进行三次握手」&＃xff1f;。

不是的&＃xff0c;因为服务端只有在收到客户端的 TCP 的第三次握手后&＃xff0c;才能和客户端进行后续 TLSv1.3 握手。

TLSv1.3 还有个更厉害到地方在于会话恢复机制&＃xff0c;在重连 TLvS1.3 只需要 0-RTT&＃xff0c;用“pre_shared_key”和“early_data”扩展&＃xff0c;在 TCP 连接后立即就建立安全连接发送加密消息&＃xff0c;过程如下图&＃xff1a;

TCP Fast Open &＃43; TLSv1.3

在前面我们知道&＃xff0c;客户端和服务端同时支持 TCP Fast Open 功能的情况下&＃xff0c;在第二次以后到通信过程中&＃xff0c;客户端可以绕过三次握手直接发送数据&＃xff0c;而且服务端也不需要等收到第三次握手后才发送数据。

如果 HTTPS 的 TLS 版本是 1.3&＃xff0c;那么 TLS 过程只需要 1-RTT。

因此如果「TCP Fast Open &＃43; TLSv1.3」情况下&＃xff0c;在第二次以后的通信过程中&＃xff0c;TLS 和 TCP 的握手过程是可以同时进行的。

如果基于 TCP Fast Open 场景下的 TLSv1.3 0-RTT 会话恢复过程&＃xff0c;不仅 TLS 和 TCP 的握手过程是可以同时进行的&＃xff0c;而且 HTTP 请求也可以在这期间内一同完成。

总结

最后做个总结。

「HTTPS 是先进行 TCP 三次握手&＃xff0c;再进行 TLSv1.2 四次握手」&＃xff0c;这句话一点问题都没有&＃xff0c;怀疑这句话是错的人&＃xff0c;才有问题。

「HTTPS 中的 TLS 握手过程可以同时进行三次握手」&＃xff0c;这个场景是可能存在到&＃xff0c;但是在没有说任何前提条件&＃xff0c;而说这句话就等于耍流氓。需要下面这两个条件同时满足才可以&＃xff1a;

• 客户端和服务端都开启了 TCP Fast Open 功能&＃xff0c;且 TLS 版本是 1.3&＃xff1b;
• 客户端和服务端已经完成过一次通信&＃xff1b;

怎么样&＃xff0c;那位“面试官”学废了吗&＃xff1f;