QUIC协议包头保护(四)

news2024/11/16 6:03:05

一：为什么要有包头保护

学过HTTP和HTTPS都知道，随着网络的普及，人们对于信息的保护，个人的隐私越发的重视。信息加密对于未来协议的发展肯定是越来越趋于严格。QUIC作为新生代的协议，必然要站着前辈的肩膀上发展，对于报文中信息的保护肯定比前辈更加的严格，载荷加密不谈，QUIC甚至在包头上都进行了加密。

其实翻开QUIC的发展历程，并不是QUIC诞生之初就对包头进行了加密，早期的QUIC包头是明文，其实包头就是协议的一些必要字段，并不承载用户的信息，直到QUIC的第一个发行版本RFC9000出世，将包头保护作为协议的一个特性，那为什么要对QUIC的包头进行加密呢。

1，最大限度降低被网络中间件解析

在我们的网络中，会有解析协议的中间件，比如运营商部署的DPI设备，或者企业自己部署的协议解析设备。除开运营商的国家行为，私设的DPI设备我们要尽力保护每一个保护的信息，包头保护虽然在算法上是公开的，但是如果要去解析必然要耗费大量的算力，这在一定程度上起到了保护隐私的作用。

2，最大限度降低被中间件拦截的概率

网络中可能部署有软件或者硬件，用于拦截或者解密HTTPS，最常见的就是去解析SNI字段并进行识别，来拦截一些特定的流量。包头的保护可以一定程度上降低被拦截的概率，即使有设备去做解析也要付出大量的算力代价。

3，避免网络中间件僵化而带来的不确定性

网络中间件为了识别某些网络协议的流量，需要部分或者全部实施这些网络协议，比如要识别TLS，最简单的就是使用某个版本TLS开源库解析数据包，根据包头的某些固定字段判断是否TLS包。随着时间的推移，网络协议在更新，但是网络中间件由于各种原因可能无法更新，之前那些检测网络协议的策略相当于固化在中间件上了，无法识别新的网络协议，可能会导致新网络协议的包被错误的处理甚至丢弃，阻碍新协议的推进，这个就是中间件僵化。
典型的一个例子是在2017年2月，Chrome和Firefox都开始为其客户提供TLS 1.3。结果发现很多用户TLS 1.3失败了，TLS 1.2工作正常。最后定位到的原因是TLS 1.3协议中的ChangeCipherSpec，session_id和压缩字段就都被删除，而这几个字段可能被网络中间件认为是TLS一些基本特征，如果删除它们就会导致连接失败。2017年11月在新加坡举行的IETF会议上，TLS 1.3提出了一个新的改变来解决这个问题，即重新引入了被删除的协议中的很多部分，比如，session_id，ChangeCipherSpec和一个空的压缩字段，这就使得TLS1.3看起来像TLS1.2一样。

解决僵化最好的方法是加密，尽可能对报文所有字段加密，使得网络中间件无法或者需要很大代价理解或者识别协议，这样可以减少甚至是避免网络中间件实施干扰，同时也增加了通信的安全性。QUIC的payload都是加密的，如果想GQUIC那样，包头都是明文，那么就会存在网络中间件协议僵化问题，所以QUIC设计了包头保护。

二：QUIC包头加密的字段分析

QUIC包头保护并不是对所有的字段进行解密，因为一开始就把所有的信息进行加密，对端进行解密都不知道从何下手，所以还是需要暴露一些必要的字段方便对方进行解密。

我们先来看看RFC9001中对于initial包的包头保护字段的描述

QUIC包头的字段如下：

header form：指示是长包头还是短包头，header form加密了，就不能确定是哪个类型，故该字段不进行加密保护。
Fixed Bit：这个bit默认1，保护没有意义。
Long Packet Type：包括以下4种，Packet Type如下
Version：包头有些字段是版本无关的，比如header form、源和目的CID长度及其长度、长包头的version，其他字段不同版本可能会不相同。所以包头的解析依赖Version字段
CID，CID是变长的，包头保护依赖sample，sample的位置不是固定的
Token，Initial Packet这个字段是空。Retry包或者NEW_TOKNE帧有这个字段，本身是经过加密的