# TLS handshake

_Сеть: L4 и выше · LinuxLab Knowledge Base_

**TL;DR:** TLS - слой шифрования поверх TCP. Перед передачей данных стороны делают
handshake: обмениваются ключами, проверяют сертификат, выбирают cipher.


## Где живёт TLS

TLS (Transport Layer Security, RFC 8446 для 1.3) - **слой между TCP и
приложением**. То есть:

```
Application (HTTP, IMAP, SMTP, ...)
    │
TLS (encryption + authentication)
    │
TCP (reliability)
    │
IP / Ethernet
```

HTTPS = HTTP внутри TLS. Когда браузер открывает `https://...`:

1. DNS-резолв (см. [dns-resolution](/kb/dns-resolution.md))
2. TCP [tcp-handshake](/kb/tcp-handshake.md) на порт 443
3. **TLS-handshake** (см. ниже) - это новые пакеты внутри TCP-соединения
4. После hadshake'а - обычный HTTP-обмен **зашифрованным** payload'ом

## TLS 1.3 handshake (упрощённо)

TLS 1.3 - one-roundtrip версия handshake'а:

```
Client                                Server
  │                                     │
  │  ── ClientHello ───────────────►    │
  │      • TLS-versions supported       │
  │      • cipher-suites supported      │
  │      • SNI: hostname                │
  │      • client key share (X25519)    │
  │                                     │
  │  ◄── ServerHello                    │
  │      • chosen cipher (TLS_AES_256...)│
  │      • server key share             │
  │      ◄── Encrypted Extensions       │ (after this everything encrypted)
  │      ◄── Certificate                │
  │      ◄── CertificateVerify          │
  │      ◄── Finished                   │
  │                                     │
  │  ── Finished ─────────────────►     │
  │                                     │
  │  ◄═════════════ HTTP data ════════►│
```

В TLS 1.2 было 3 roundtrip'а - медленнее. 1.3 - 1 roundtrip + 0-RTT для
сессии-resumption.

## Что происходит в handshake

1. **Согласование версии и cipher'а** - какой алгоритм шифрования
   использовать (TLS_AES_256_GCM_SHA384, ChaCha20-Poly1305 и т.п.)
2. **Key exchange** - обмен ключевыми материалами через ECDH
   (X25519, secp256r1)
3. **Аутентификация сервера** - сервер показывает x509-сертификат, клиент
   проверяет цепочку до известного CA
4. **(Опционально) Аутентификация клиента** - mTLS, клиент тоже шлёт серт
5. **Derive keys** - обе стороны вычисляют общие ключи для шифрования
   данных
6. **Finished** - взаимное подтверждение что всё прошло без MITM

## SNI (Server Name Indication)

Сертификаты сервера привязаны к доменному имени. Если на одном IP несколько
сайтов (виртуальный хостинг), сервер не знает за какой домен отвечать пока
HTTP-запрос не пришёл - но HTTP уже после handshake'а.

Решение: **SNI** - клиент в **ClientHello открытым текстом** пишет имя
сервера. Сервер выбирает правильный сертификат. Это значит что hostname
виден сетевому наблюдателю даже в HTTPS - повод для появления Encrypted
Client Hello (ECH) в современных версиях.

## Где увидеть в живую

```bash
openssl s_client -connect example.com:443 -servername example.com < /dev/null
```

Покажет: согласованный cipher, цепочку сертификатов, verification result.

В [[#cmd-tcpdump|tcpdump]] на порту 443 видны пакеты TLS-handshake - но
payload зашифрован уже после ServerHello.


## Команды

```bash
openssl s_client -connect example.com:443 -servername example.com < /dev/null 2>&1 | head -30
```
TLS-handshake вручную, видно цепочку сертификатов и согласованный cipher

```bash
openssl x509 -in cert.pem -noout -subject -issuer -dates
```
Прочитать subject/issuer/validity сертификата из файла

```bash
openssl s_client -connect host:443 -showcerts < /dev/null
```
Полная цепочка сертификатов в PEM-формате

```bash
echo | openssl s_client -connect host:443 2>/dev/null | openssl x509 -noout -dates
```
Только expiry даты сертификата (для мониторинга)

```bash
curl -vsI https://example.com 2>&1 | grep -E 'TLS|cipher'
```
TLS-данные через curl: версия, cipher, ALPN


## См. также

- [TCP three-way handshake](/kb/tcp-handshake.md)
- [HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3](/kb/http-protocol.md)
- [HTTP/2 internals - binary framing, HPACK, stream multiplexing](/kb/http2-internals.md)
- [MQTT - publish/subscribe для IoT и mobile push](/kb/mqtt.md)
- [WebSocket - bidirectional поверх HTTP](/kb/websocket.md)
- [TLS-сертификаты - X.509, цепочка доверия, Let's Encrypt](/kb/tls-certificates.md)