پروتکل TLS چیست؟ بررسی کامل امنیت داده‌ها در اینترنت با TLS

پروتکل TLS یکی از روش‌های اصلی برای برقراری ارتباط امن در اینترنت است. وقتی اطلاعاتی بین مرورگر و سایت، یا بین دو برنامه یا دستگاه جابه‌جا می‌شود، TLS این اطلاعات را رمزنگاری می‌کند. یعنی محتوا طوری کدگذاری می‌شود که فقط خودِ فرستنده و گیرنده بتوانند آن را بخوانند. با‌ این‌ کار، جلوی شنود، تغییر یا جعل اطلاعات در مسیر گرفته می‌شود. به‌همین‌دلیل، TLS نقش مهمی در محافظت از داده‌ها در برابر انواع حملات اینترنتی دارد.

در ادامه توضیح خواهیم داد که این پروتکل چیست؟ چطور کار می‌کند؟ چرا جایگزین SSL شده و چه نقشی در امنیت اینترنت (Internet Security) دارد.

پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این موضوع، ابتدا مطلب پروتکل چیست را در بلاگ آروان‌کلاد مطالعه کنید.

پروتکل TLS چیست؟

TLS کوتاه‌شده‌ی Transport Layer Security، یک پروتکل امنیتی است که برای محافظت از اطلاعات و انتقال امن داده (Secure Data Transmission) در اینترنت استفاده می‌شود. وقتی وارد سایتی می‌شوید که آدرس آن با HTTPS شروع می‌شود، در واقع دارید از TLS استفاده می‌کنید. این پروتکل اطلاعات رد‌و‌بدل‌شده را به‌گونه‌ای رمزنگاری می‌کند که اگر فردی به آن‌ها دسترسی پیدا کند، باز هم نتواند چیزی از آن بخواند یا تغییرش دهد.

حالا HTTPS چیست؟ اگر بخواهیم کوتاه و ساده بگوییم، HTTPS نسخه‌ی امن‌شده‌ی HTTP است که از همین پروتکل TLS برای رمزنگاری استفاده می‌کند.

TLS از سه ویژگی اصلی محافظت می‌کند:

• محرمانگی (Confidentiality): اطلاعات فقط برای فرستنده و گیرنده قابل خواندن است.
• تمامیت داده (Integrity): داده‌ها در مسیر تغییر نمی‌کنند.
• احراز هویت (Authentication): اطمینان حاصل می‌شود که طرف مقابل در واقع همان کسی است که ادعا می‌کند.

پروتکل TLS در موقعیت‌های مختلفی به کار می‌رود. برای مثال در امن‌کردن سایت‌ها، محافظت از ایمیل‌ها یا برقراری ارتباط امن بین سرورها و دستگاه‌های هوشمند. امروزه، بخش زیادی از امنیت اینترنت با استفاده از همین پروتکل تامین می‌شود.

تاریخچه پروتکل TLS

گروه IETF که استانداردهای فنی اینترنت را طراحی و منتشر می‌کند، در سال ۱۹۹۹ پروتکل TLS را معرفی کرد. این پروتکل ادامه‌ی مسیر SSL بود؛ یعنی پروتکلی که شرکت Netscape در دهه‌ی ۹۰ برای رمزنگاری ارتباطات اینترنتی ساخته بود. نسخه‌ی اول TLS در ابتدا با نام SSL 3.1 توسعه پیدا کرد، ولی برای آن‌که از نام Netscape فاصله بگیرد و مسیر تازه‌ای را آغاز کند، نام آن را به TLS تغییر دادند.

از آن زمان، چندین نسخه از TLS منتشر شده که هر کدام نسبت به نسخه‌ی قبل، ایمنی بیش‌تری دارند. نسخه‌های قدیمی‌تر مانند TLS 1.0 و 1.1 به‌مرور از دور خارج شده‌اند، چون آسیب‌پذیری‌هایی داشتند که امنیت ارتباطات را تهدید می‌کرد. امروزه، بیش‌تر سایت‌ها و سرویس‌های امن از TLS 1.2 یا TLS 1.3 استفاده می‌کنند.

به‌طور‌خلاصه، TLS نسخه‌ای پیشرفته‌تر از SSL است. برای این‌که بهتر بدانید این دو پروتکل چه تفاوت‌هایی با هم دارند و چرا امروزه TLS جایگزین SSL شده است، می‌توانید نگاهی به مقاله تفاوت http و https بیندازید.

تفاوت‌های پروتکل TLS و SSL

TLS نسخه‌ پیشرفته‌تری از SSL است؛ یعنی همان پروتکلی که در گذشته برای رمزنگاری اطلاعات در اینترنت به‌کار می‌رفت. هر دو پروتکل با هدف برقراری ارتباط امن ساخته شده‌اند، ولی TLS نسبت به SSL ایمن‌تر، سریع‌تر و سازگارتر با فناوری‌های امروزی است.

تفاوت اصلی در این است که TLS از الگوریتم‌های رمزنگاری قوی‌تری استفاده می‌کند و در برابر بسیاری از روش‌های حمله‌ای که SSL به آن‌ها آسیب‌پذیر بود، مقاوم‌تر است. برای مثال TLS از تکنیک‌هایی مانند رمزنگاری کلید عمومی مدرن (مانند ECDHE) بهره می‌برد که شکستن آن‌ها برای هکرها بسیار دشوارتر است.

از نظر عملکرد هم TLS بهتر عمل می‌کند. نسخه‌های جدید آن، به‌خصوص TLS 1.3، موجب می‌شوند ارتباط سریع‌تر برقرار شود و تاخیر کم‌تری در شروع ارتباط وجود داشته باشد.

با‌این‌که در بعضی منابع هنوز هم اصطلاح «SSL Certificate» به کار می‌رود، ولی در واقع این گواهی‌ها امروزه از پروتکل TLS استفاده می‌کنند.

امروزه، تمام گواهی‌های امنیتی سایت‌ها بر پایه‌ی TLS ساخته می‌شوند، حتا اگر هنوز با نام «SSL» شناخته شوند. اگر قصد دارید امنیت سایت‌تان را با استفاده از این پروتکل تضمین کنید، می‌توانید از خدمات خرید SSL آروان‌کلاد استفاده کنید.

پروتکل TLS چگونه کار می‌کند؟

پروتکل TLS برای برقراری ارتباط امن، از ترکیب سه عنصر اصلی امنیت استفاده می‌کند: رمزنگاری، احراز هویت و حفظ تمامیت داده‌ها. این عناصر از همان ابتدای برقراری ارتباط، یعنی در مرحله‌ای به نام TLS Handshake فعال می‌شوند.

در شروع ارتباط، TLS از راه Handshake با طرف مقابل هماهنگ می‌کند که از چه روش‌هایی برای رمزنگاری استفاده شود، چه کسی در آن سوی ارتباط قرار دارد و چطور کلیدهای رمزگذاری تولید شوند. بعد از این مرحله، ارتباط رمزنگاری‌شده آغاز می‌شود.

فرآیند TLS Handshake

قبل‌ از‌ این‌که ارتباط امن بین مرورگر و سایت (یا هر دو برنامه دیگر) شروع شود، باید مرحله‌ای به نام TLS Handshake انجام شود. در این مرحله، دو طرف درباره‌ی نحوه رمزنگاری، تبادل گواهی دیجیتال و ساخت کلیدهای رمز با هم هماهنگ می‌شوند.

مراحل اصلی TLS Handshake

1. آغاز ارتباط: مرورگر فهرستی از نسخه‌های TLS و الگوریتم‌های رمزنگاری‌ای که پشتیبانی می‌کند برای سرور می‌فرستد.
2. پاسخ سرور: سرور یکی از گزینه‌ها را انتخاب می‌کند و گواهی دیجیتال خود را ارسال می‌کند.
3. بررسی گواهی: مرورگر گواهی سرور را بررسی می‌کند تا مطمین شود سرور واقعی است.
4. ساخت کلید مشترک: دو طرف با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری، کلیدی مشترک تولید می‌کنند که فقط خودشان آن را می‌دانند.
5. شروع ارتباط امن: پس از توافق و ساخت کلید، اطلاعات به‌شکل رمزنگاری‌شده منتقل می‌شوند.

ویژگی‌های امنیتی TLS

پروتکل TLS بر پایه‌ی سه ویژگی امنیتی مهم ساخته شده است: رمزنگاری، احراز هویت و تمامیت داده‌ها. این سه ویژگی با هم سبب می‌شوند اطلاعاتی که در اینترنت جابه‌جا می‌شود، هم محرمانه بماند، هم از تغییر و دست‌کاری در امان باشد و هم از طرف درست فرستاده شود.

رمزنگاری داده‌ها

رمزنگاری، اصلی‌ترین کار TLS است. وقتی اطلاعات بین دو سیستم رد‌و‌بدل می‌شود، TLS آن‌ها را به‌گونه‌ای رمز می‌کند که فقط فرستنده و گیرنده بتوانند محتوای آن را بخوانند. برای این کار، از کلیدهایی استفاده می‌شود که در ابتدای ارتباط و طی فرآیند TLS Handshake ساخته شده‌اند.

در نسخه‌های جدید TLS، مانند TLS 1.3، از الگوریتم‌های پیشرفته‌ای استفاده می‌شود که امنیت بالاتری دارند و در‌ عین‌ حال سرعت ارتباط را هم کاهش نمی‌دهند.

احراز هویت

یکی دیگر از نقش‌های TLS، تایید هویت طرف مقابل هنگام برقراری ارتباط است. این کار به‌طور‌ معمول با استفاده از گواهی دیجیتال انجام می‌شود. مرورگر یا کلاینت گواهی را دریافت و بررسی می‌کند تا مطمین شود سرور به یک نهاد معتبر متصل است و جعلی نیست.

اگر این مرحله با موفقیت انجام نشود، مرورگر معمولن هشدار می‌دهد و اجازه‌ی ادامه‌ی ارتباط را نمی‌دهد.

تمامیت داده‌ها

در اینترنت، همیشه این خطر وجود دارد که کسی داده‌ها را در مسیر تغییر دهد یا چیزی به آن اضافه کند. TLS برای جلوگیری از این مشکل، در هر بسته‌ی اطلاعاتی یک کد مخصوص (مانند MAC یا HMAC) قرار می‌دهد. گیرنده این کد را بررسی می‌کند و اگر با اطلاعات دریافتی هماهنگ نباشد، متوجه می‌شود که داده‌ها دست‌کاری شده‌اند و آن‌ها را رد می‌کند.

نسخه‌های مختلف TLS و تفاوت‌ها

پروتکل TLS از زمان معرفی در سال ۱۹۹۹ تا امروز، چهار نسخه‌ی اصلی داشته که هر کدام نسبت به قبلی امن‌تر و سریع‌تر شده‌اند. در‌حال‌حاضر، TLS 1.2 و TLS 1.3 نسخه‌های استاندارد و قابل اعتماد این پروتکل هستند. نسخه‌های قدیمی‌تر مانند 1.0 و 1.1 به‌دلیل ضعف‌های امنیتی، دیگر برای استفاده توصیه نمی‌شوند.

در TLS 1.3، علاوه‌بر امنیت بیش‌تر، مراحل برقراری ارتباط (Handshake) هم ساده‌تر و سریع‌تر شده‌اند. این نسخه، الگوریتم‌هایی مانند RC4 و SHA-1 را حذف کرده و فقط روش‌های رمزنگاری مطمین را نگه داشته است.

اگر از سرویسی استفاده می‌کنید که هنوز به نسخه‌های قدیمی TLS متکی است، بهتر است به نسخه‌های جدیدتر بروید، چون نسخه‌های منسوخ در برابر بسیاری از حملات سایبری آسیب‌پذیر هستند. برای فعال‌سازی نسخه‌های امن‌تر مانند TLS 1.3 و افزایش امنیت سایت، می‌توانید از خدمات ابری مجهز به TLS استفاده کنید. برای اطلاعات بیش‌تر، به صفحه‌ی خرید CDN آروان‌کلاد مراجعه کنید.

کاربردهای TLS

پروتکل TLS به‌جز وب‌سایت‌ها در بسیاری از ابزارها و سرویس‌های آنلاین استفاده می‌شود تا امنیت داده‌ها را هنگام انتقال تضمین کند. در ادامه چند مورد از کاربردهای رایج TLS را بررسی می‌کنیم.

استفاده از TLS در HTTPS

رایج‌ترین استفاده از TLS در پروتکل HTTPS است؛ نسخه‌ی امن‌شده‌ی HTTP. وقتی وارد سایتی می‌شوید که آدرس آن با HTTPS شروع می‌شود، مرورگر شما با استفاده از TLS، اطلاعات را رمزنگاری می‌کند. این رمزنگاری موجب می‌شود کسی نتواند محتوای ردوبدل‌شده را در مسیر شنود یا دست‌کاری کند.

TLS هم‌چنین امکان بررسی هویت سایت را مهیا می‌کند و مرورگر تنها زمانی ارتباط را برقرار می‌کند که گواهی دیجیتال معتبر باشد.

استفاده از TLS در ایمیل‌های امن

سرویس‌های ایمیل مانند Gmail یا Outlook از TLS برای رمزنگاری پیام‌ها در هنگام ارسال و دریافت استفاده می‌کنند. این رمزنگاری بین سرورهای ایمیل انجام می‌شود و مانع از این می‌شود که شخص ثالث به محتوای ایمیل‌ها در مسیر انتقال دسترسی داشته باشد.

البته TLS فقط امنیت انتقال را فراهم می‌کند. برای رمزنگاری محتوای خود ایمیل، به‌طور‌معمول از ابزارهایی مانند PGP استفاده می‌شود.

استفاده از TLS در FTP امن

پروتکل انتقال فایل (FTP) در حالت عادی اطلاعات را بدون رمزنگاری ارسال می‌کند، ولی نسخه‌ای از آن به‌نام FTPS وجود دارد که از TLS برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌کند. این نسخه‌ی امن به‌خصوص برای سازمان‌هایی که اطلاعات حساس جابه‌جا می‌کنند، کاربرد دارد.

استفاده از TLS در سایر پروتکل‌ها

TLS در بسیاری از سرویس‌های دیگر نیز به کار می‌رود؛ از جمله:

• تماس‌های صوتی اینترنتی (VoIP): این پروتکل از شنود مکالمات جلوگیری می‌کند.
• VPNها: اطلاعاتی که بین کاربر و سرور جابه‌جا می‌شود با TLS رمزنگاری می‌شود.
• پایگاه‌داده‌ها: ارتباط بین اپلیکیشن و دیتابیس با استفاده از TLS امن می‌شود.
• دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT): پروتکل TLS از داده‌های حساسی مانند سلامت یا موقعیت مکانی محافظت می‌کند.

چالش‌ها در پیاده‌سازی TLS

با‌این‌که TLS یکی از امن‌ترین پروتکل‌های اینترنتی است، اجرای درست آن بدون دردسر نیست. در ادامه، چند چالش رایج را بررسی می‌کنیم که ممکن است در پیاده‌سازی TLS با آن‌ها روبه‌رو شوید.

انتخاب نسخه‌ی نامناسب TLS

در بعضی سیستم‌ها هنوز نسخه‌های قدیمی مانند TLS 1.0 یا 1.1 فعال هستند. این نسخه‌ها از نظر امنیتی ضعیف‌اند و در برابر حملاتی مانند POODLE یا BEAST مقاوم نیستند. برای جلوگیری از این آسیب‌پذیری‌ها، بهتر است این نسخه‌ها را غیرفعال کنید و از نسخه‌های جدیدتر مانند TLS 1.2 یا TLS 1.3 استفاده کنید.

پیکربندی نادرست گواهی دیجیتال

گاهی ممکن است گواهی SSL/TLS به‌درستی نصب یا در زمان مناسب تمدید نشود. در‌این‌حالت، مرورگرها به کاربر هشدار می‌دهند یا ارتباط را قطع می‌کنند. برای جلوگیری از چنین مشکلاتی، بهتر است از گواهی‌های معتبر استفاده کنید و تمدید آن‌ها را در زمان مناسب انجام دهید.

استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری ضعیف

حتا اگر TLS فعال باشد، استفاده از الگوریتم‌هایی مانند RC4 یا SHA-1 می‌تواند امنیت را به خطر بیندازد. بهتر است در تنظیمات سرور، فقط الگوریتم‌های رمزنگاری مطمین و مدرن مانند AES یا SHA-256 فعال باشند تا ارتباط هم‌چنان امن باقی بماند.

ناسازگاری با سیستم‌های قدیمی

برخی مرورگرها، سرورها یا دستگاه‌های قدیمی ممکن است نتوانند با نسخه‌های جدید TLS ارتباط برقرار کنند. برای کاهش این مشکل، می‌توانید به‌شکل موقت از نسخه‌های میانی TLS استفاده کنید و به‌مرور، پشتیبانی از سیستم‌های ناسازگار را کاهش دهید.

مزایای TLS

TLS یک پروتکل رمزنگاری است که در کنار آن، نقش مهمی در ساختار امنیتی اینترنت ایفا می‌کند. در ادامه، مهم‌ترین مزایای این پروتکل را مرور می‌کنیم.

رمزنگاری اطلاعات در مسیر

مهم‌ترین مزیت TLS این است که اطلاعات بین دو طرف را رمزنگاری می‌کند. این رمزنگاری جلوی شنود و دست‌کاری داده‌ها را می‌گیرد و سبب می‌شود حتا اگر شخصی به مسیر ارتباط دسترسی داشته باشد، نتواند محتوای پیام را بخواند یا تغییر دهد.

افزایش اعتماد کاربران

کاربر وقتی وارد سایتی می‌شود که آدرس آن با Https شروع می‌شود و قفل امنیت در مرورگر ظاهر می‌شود، احساس امنیت بیش‌تری دارد. همین موضوع اعتماد و ماندگاری کاربران در سایت را افزایش می‌دهد، به‌خصوص در فروشگاه‌های آنلاین یا سامانه‌های پرداخت.

محافظت در برابر حملات مرد میانی

TLS یکی از راه‌های مقابله با حملات Man-In-The-Middle است؛ حملاتی که در آن یک نفر سعی می‌کند بین فرستنده و گیرنده قرار بگیرد و اطلاعات را تغییر دهد یا سرقت کند. TLS با رمزنگاری و احراز هویت طرف مقابل، جلوی چنین حملاتی را می‌گیرد.

تقویت زیرساخت در برابر حملات لایه اپلیکیشن

با‌این‌که TLS مستقیمن جلوی حملات DDoS را نمی‌گیرد، ولی وقتی همراه با CDN استفاده شود، می‌تواند بخشی از بار تحمیلی چنین حملاتی را کاهش دهد. لایه‌های TLS و CDN با هم می‌توانند مسیر امن‌تری برای دریافت درخواست‌های واقعی ایجاد کنند.

آینده TLS

پروتکل TLS در سال‌های اخیر مسیر پایداری در ارتقای امنیت اینترنت (Internet Security) طی کرده است، اما روند توسعه آن هم‌چنان ادامه دارد. با توجه به پیشرفت‌های مداوم در روش‌های حمله و افزایش نیاز به ارتباطات امن (Secure Communications)، انتظار می‌رود TLS در آینده چند تغییر کلیدی را تجربه کند.

تمرکز بیش‌تر بر سادگی و سرعت

TLS 1.3 نمونه‌ای از حرکت به‌سمت ساده‌سازی ساختار ارتباط امن بود. در آینده هم احتمال دارد نسخه‌های بعدی با هدف کاهش پیچیدگی بیش‌تر، سرعت بالاتر در برقراری ارتباط و مصرف کم‌تر منابع طراحی شوند. این موضوع به‌خصوص برای اپلیکیشن‌های Real-time و دستگاه‌های با منابع محدود اهمیت دارد.

حذف تدریجی الگوریتم‌های ضعیف

الگوریتم‌هایی که در گذشته رایج بودند ولی امروزه ناامن محسوب می‌شوند، به‌تدریج از لیست‌های پشتیبانی حذف می‌شوند. این روند در آینده هم ادامه خواهد داشت تا فقط روش‌های رمزنگاری مدرن و مقاوم باقی بمانند.

سازگاری بیش‌تر با محیط‌های غیرمتعارف

با رشد اینترنت اشیا (IoT)، پروتکل TLS باید خود را با دستگاه‌هایی تطبیق دهد که محدودیت‌هایی از نظر توان پردازشی، مصرف انرژی یا پهنای باند دارند. نسخه‌های آینده ممکن است به شکل تخصصی برای چنین محیط‌هایی بهینه‌سازی شوند.

گسترش پذیرش عمومی

هرچند TLS امروز استانداردی رایج در وب است، ولی در بعضی از سرویس‌ها و کشورها هنوز استفاده‌ی گسترده‌ای از آن نشده است. سیاست‌گذاری‌های امنیتی، الزام‌های قانونی و گسترش زیرساخت ابری می‌توانند پذیرش این پروتکل را جهانی‌تر و یکپارچه‌تر کنند.

TLS در برابر تهدیدات جدید

تهدیدات سایبری هر روز پیچیده‌تر می‌شوند و پروتکل‌هایی مانند TLS باید بتوانند در برابر این تغییرات مقاومت کنند. در این بخش نگاهی می‌اندازیم به چالش‌های امنیتی نوظهور و این‌که TLS چطور با آن‌ها مقابله می‌کند.

مقابله با حملات رمزنگاری‌شده هدفمند

حملات جدیدی مانند حملات زمان‌سنجی (Timing Attacks) یا حملات کانال جانبی (Side-Channel Attacks) سعی می‌کنند از جزییات عملکرد رمزنگاری سو‌استفاده کنند. نسخه‌های جدید TLS، به‌خصوص TLS 1.3، ساختار ساده‌تری دارند که سطح حمله را کاهش می‌دهد و بسیاری از الگوریتم‌های آسیب‌پذیر را حذف کرده‌اند.

سازگاری با رمزنگاری پساکوانتومی (Post-Quantum Cryptography)

با توسعه‌ی رایانش کوانتومی، برخی الگوریتم‌های رمزنگاری فعلی ممکن است در آینده شکسته شوند. محققان در حال بررسی راه‌هایی برای افزودن روش‌های رمزنگاری مقاوم در برابر محاسبات کوانتومی به TLS هستند. این روند هنوز در حال آزمایش است، اما بخش مهمی از مسیر آینده TLS به‌شمار می‌رود.

حفظ امنیت در بسترهای ناامن

TLS باید بتواند در محیط‌هایی مانند شبکه‌های وای‌فای عمومی یا اتصال‌های سیار، که امنیت ذاتی کم‌تری دارند، ارتباط امن را برقرار کند. نسخه‌های جدید TLS با استفاده از احراز هویت قوی‌تر و فرآیندهای سریع‌تر برقراری ارتباط، این کار را بهتر از قبل انجام می‌دهند.

کاهش سطح حمله با حذف ویژگی‌های قدیمی

TLS 1.3 با حذف قابلیت‌هایی مانند Renegotiation و الگوریتم‌های رمزنگاری قدیمی، بخش زیادی از آسیب‌پذیری‌های نسخه‌های پیشین را حذف کرده است. این کار موجب شده سطح حمله کاهش پیدا کند و مهاجمان نتوانند از نقاط ضعف ساختاری سواستفاده کنند.

جمع‌بندی

TLS بخشی از زیرساخت امنیتی اینترنت است که بدون آن، ارتباطات آنلاین در برابر بسیاری از تهدیدات آسیب‌پذیر می‌ماند. این پروتکل با رمزنگاری داده‌ها و تایید هویت طرفین، امکان تبادل امن اطلاعات را ایجاد می‌کند.

در سال‌های اخیر، نسخه‌های جدید TLS مانند 1.2 و 1.3 با بهبودهای امنیتی و عملکردی، استانداردهای نوینی را تعریف کرده‌اند. انتخاب و پیاده‌سازی درست این نسخه‌ها، به‌ویژه در سایت‌ها، سرویس‌های ابری و برنامه‌های سازمانی بخش مهمی از راهکارهای امنیت داده محسوب می‌شود.

در نهایت، هرچه استفاده از اینترنت در زندگی روزمره عمیق‌تر می‌شود، نیاز به اعتماد به زیرساخت‌های آن نیز بیش‌تر می‌شود. پروتکل TLS یکی از عناصر کلیدی این اعتماد است.