# Sichere Webprotokolle

und wie diese funktionieren.

🎯 Sie lernen sichere Protokolle kennen und können damit einen Webseitenaufruf nachvollziehen.


# Aufruf einer Webseite

Wenn wir eine Webseite aufrufen, dauert es weniger als eine Sekunde.

In dieser Sekunde passiert jedoch sehr viel.


# Nachrichtenaustausch

Wir erinnern uns an:

Jetzt ist es:


# URL

Eine Unified Resource Locater (URL) wird in der Adressleiste des Browsers eingegeben.


# IP-Adresse

Im Internet sind Geräte anhand der IP-Adresse erreichbar.
↪️ Für eine Verbindungsaufnahme braucht es die IP-Adresse des Servers.


# Eigene IP-Adresse mit Python


# Hostname

Damit man sich nicht IP-Adressen merken muss, kann einer IP-Adresse ein sprechender Name zugeordnet werden.

93.184.216.34 <-> www.example.com.


# Hostname mit Python


# DNS-Server

Der Domain-Name-System (DNS) Server verwaltet die Zuordnung Hostname und IP-Adresse.


# DNS mit Python


# HTTP

Der Browser kommuniziert mit dem HyperText Transfer Protocol (HTTP). Das Protokoll ist einfach:

  1. Anfrage: HTTP Reqeust
  2. Antwort: HTTP Reponse

# HTTP Request


# HTTP Response


# HTTPS

Die Übertragung der Daten erfolgt in Klartext. Deshalb wurde HyperText Transfer Protocol Secure (HTTPS) entwickelt 🧐.

Der HTTP-Austausch wird hierbei mit einem Verschlüsselungsprotokoll geschützt:

  • Secure Socket Layer (SSL)
  • Transport Layer Security (TLS)


# SSL/TLS

  • SSL 1.0: Aufgrund von Sicherheitsproblemen nie öffentlich freigegeben.
  • SSL 2.0: Veröffentlicht 1995. Seit 2011 veraltet.
  • SSL 3.0: Veröffentlicht 1996. Seit 2015 veraltet.
  • TLS 1.0: 1999 als Upgrade auf SSL 3.0 veröffentlicht. Seit 2020 veraltet.

  • TLS 1.1: Veröffentlicht 2006. Seit 2020 veraltet.
  • TLS 1.2: Veröffentlicht 2008.
  • TLS 1.3: Veröffentlicht 2018.

Neue Angriffe -> Neue Sicherheitsprobleme -> Neue Algorithmen -> Neue Version


# TLS

  • Verschlüsselungsprotokoll zur sicheren Datenübertragung im Internet
  • Beim TLS Handshake findet ein sicherer Schlüsseltausch und Authentisierung statt
  • Die Datenübertragung erfolgt mit symmetrischen Schlüssel

🧠 Good-to-know: Ab Version 1.3 findet Schlüsseltausch nur noch mit Diffie-Hellmann statt


# TLS-Handshake


# TLS-Handshake mit Curl

curl -v https://example.com
*   Trying 93.184.216.34:443...
* TCP_NODELAY set
* Connected to example.com (93.184.216.34) port 443 (#0)
* ALPN, offering h2
* ALPN, offering http/1.1
* successfully set certificate verify locations:
*   CAfile: /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt
  CApath: /etc/ssl/certs
* TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Server hello (2):
* TLSv1.3 (OUT), TLS change cipher, Change cipher spec (1):
* TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Server hello (2):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Encrypted Extensions (8):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Certificate (11):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, CERT verify (15):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Finished (20):
* TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Finished (20):
* SSL connection using TLSv1.3 / TLS_AES_256_GCM_SHA384
* ALPN, server accepted to use h2
* Server certificate:
*  subject: C=US; ST=California; L=Los Angeles; O=Internet Corporation for Assigned Names and Numbers; CN=www.example.org
*  start date: Nov 24 00:00:00 2020 GMT
*  expire date: Dec 25 23:59:59 2021 GMT
*  subjectAltName: host "example.com" matched cert's "example.com"
*  issuer: C=US; O=DigiCert Inc; CN=DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1
*  SSL certificate verify ok.
* Using HTTP2, server supports multi-use
* Connection state changed (HTTP/2 confirmed)
* Copying HTTP/2 data in stream buffer to connection buffer after upgrade: len=0
* Using Stream ID: 1 (easy handle 0x56152e9a5ea0)
> GET / HTTP/2
> Host: example.com
> user-agent: curl/7.68.0
> accept: */*
>
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Newsession Ticket (4):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Newsession Ticket (4):
* old SSL session ID is stale, removing
* Connection state changed (MAX_CONCURRENT_STREAMS == 100)!
< HTTP/2 200
< age: 596248
< cache-control: max-age=604800
< content-type: text/html; charset=UTF-8
< date: Thu, 03 Jun 2021 13:47:23 GMT
< etag: "3147526947+ident"
< expires: Thu, 10 Jun 2021 13:47:23 GMT
< last-modified: Thu, 17 Oct 2019 07:18:26 GMT
< server: ECS (dcb/7F5B)
< vary: Accept-Encoding
< x-cache: HIT
< content-length: 1256
<
<!doctype html>
<html>
<head>
    <title>Example Domain</title>

    <meta charset="utf-8" />
    <meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
    <style type="text/css">
    body {
        background-color: #f0f0f2;
        margin: 0;
        padding: 0;
        font-family: -apple-system, system-ui, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", "Open Sans", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif;

    }
    div {
        width: 600px;
        margin: 5em auto;
        padding: 2em;
        background-color: #fdfdff;
        border-radius: 0.5em;
        box-shadow: 2px 3px 7px 2px rgba(0,0,0,0.02);
    }
    a:link, a:visited {
        color: #38488f;
        text-decoration: none;
    }
    @media (max-width: 700px) {
        div {
            margin: 0 auto;
            width: auto;
        }
    }
    </style>
</head>

<body>
<div>
    <h1>Example Domain</h1>
    <p>This domain is for use in illustrative examples in documents. You may use this
    domain in literature without prior coordination or asking for permission.</p>
    <p><a href="https://www.iana.org/domains/example">More information...</a></p>
</div>
</body>
</html>
* Connection #0 to host example.com left intact

# TLS-Handshake mit openssl

openssl s_client -connect www.example.com:443
CONNECTED(00000003)
depth=2 C = US, O = DigiCert Inc, OU = www.digicert.com, CN = DigiCert Global Root CA
verify return:1
depth=1 C = US, O = DigiCert Inc, CN = DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1
verify return:1
depth=0 C = US, ST = California, L = Los Angeles, O = Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, CN = www.example.org
verify return:1
---
Certificate chain
 0 s:C = US, ST = California, L = Los Angeles, O = Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, CN = www.example.org
   i:C = US, O = DigiCert Inc, CN = DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1
 1 s:C = US, O = DigiCert Inc, CN = DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1
   i:C = US, O = DigiCert Inc, OU = www.digicert.com, CN = DigiCert Global Root CA
 2 s:C = US, O = DigiCert Inc, OU = www.digicert.com, CN = DigiCert Global Root CA
   i:C = US, O = DigiCert Inc, OU = www.digicert.com, CN = DigiCert Global Root CA
---
Server certificate
-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIG1TCCBb2gAwIBAgIQD74IsIVNBXOKsMzhya/uyTANBgkqhkiG9w0BAQsFADBP
MQswCQYDVQQGEwJVUzEVMBMGA1UEChMMRGlnaUNlcnQgSW5jMSkwJwYDVQQDEyBE
aWdpQ2VydCBUTFMgUlNBIFNIQTI1NiAyMDIwIENBMTAeFw0yMDExMjQwMDAwMDBa
Fw0yMTEyMjUyMzU5NTlaMIGQMQswCQYDVQQGEwJVUzETMBEGA1UECBMKQ2FsaWZv
cm5pYTEUMBIGA1UEBxMLTG9zIEFuZ2VsZXMxPDA6BgNVBAoTM0ludGVybmV0IENv
cnBvcmF0aW9uIGZvciBBc3NpZ25lZCBOYW1lcyBhbmQgTnVtYmVyczEYMBYGA1UE
AxMPd3d3LmV4YW1wbGUub3JnMIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKC
AQEAuvzuzMoKCP8Okx2zvgucA5YinrFPEK5RQP1TX7PEYUAoBO6i5hIAsIKFmFxt
W2sghERilU5rdnxQcF3fEx3sY4OtY6VSBPLPhLrbKozHLrQ8ZN/rYTb+hgNUeT7N
A1mP78IEkxAj4qG5tli4Jq41aCbUlCt7equGXokImhC+UY5IpQEZS0tKD4vu2ksZ
04Qetp0k8jWdAvMA27W3EwgHHNeVGWbJPC0Dn7RqPw13r7hFyS5TpleywjdY1nB7
ad6kcZXZbEcaFZ7ZuerA6RkPGE+PsnZRb1oFJkYoXimsuvkVFhWeHQXCGC1cuDWS
rM3cpQvOzKH2vS7d15+zGls4IwIDAQABo4IDaTCCA2UwHwYDVR0jBBgwFoAUt2ui
6qiqhIx56rTaD5iyxZV2ufQwHQYDVR0OBBYEFCYa+OSxsHKEztqBBtInmPvtOj0X
MIGBBgNVHREEejB4gg93d3cuZXhhbXBsZS5vcmeCC2V4YW1wbGUuY29tggtleGFt
cGxlLmVkdYILZXhhbXBsZS5uZXSCC2V4YW1wbGUub3Jngg93d3cuZXhhbXBsZS5j
b22CD3d3dy5leGFtcGxlLmVkdYIPd3d3LmV4YW1wbGUubmV0MA4GA1UdDwEB/wQE
AwIFoDAdBgNVHSUEFjAUBggrBgEFBQcDAQYIKwYBBQUHAwIwgYsGA1UdHwSBgzCB
gDA+oDygOoY4aHR0cDovL2NybDMuZGlnaWNlcnQuY29tL0RpZ2lDZXJ0VExTUlNB
U0hBMjU2MjAyMENBMS5jcmwwPqA8oDqGOGh0dHA6Ly9jcmw0LmRpZ2ljZXJ0LmNv
bS9EaWdpQ2VydFRMU1JTQVNIQTI1NjIwMjBDQTEuY3JsMEwGA1UdIARFMEMwNwYJ
YIZIAYb9bAEBMCowKAYIKwYBBQUHAgEWHGh0dHBzOi8vd3d3LmRpZ2ljZXJ0LmNv
bS9DUFMwCAYGZ4EMAQICMH0GCCsGAQUFBwEBBHEwbzAkBggrBgEFBQcwAYYYaHR0
cDovL29jc3AuZGlnaWNlcnQuY29tMEcGCCsGAQUFBzAChjtodHRwOi8vY2FjZXJ0
cy5kaWdpY2VydC5jb20vRGlnaUNlcnRUTFNSU0FTSEEyNTYyMDIwQ0ExLmNydDAM
BgNVHRMBAf8EAjAAMIIBBQYKKwYBBAHWeQIEAgSB9gSB8wDxAHcA9lyUL9F3MCIU
VBgIMJRWjuNNExkzv98MLyALzE7xZOMAAAF1+73YbgAABAMASDBGAiEApGuo0EOk
8QcyLe2cOX136HPBn+0iSgDFvprJtbYS3LECIQCN6F+Kx1LNDaEj1bW729tiE4gi
1nDsg14/yayUTIxYOgB2AFzcQ5L+5qtFRLFemtRW5hA3+9X6R9yhc5SyXub2xw7K
AAABdfu92M0AAAQDAEcwRQIgaqwR+gUJEv+bjokw3w4FbsqOWczttcIKPDM0qLAz
2qwCIQDa2FxRbWQKpqo9izUgEzpql092uWfLvvzMpFdntD8bvTANBgkqhkiG9w0B
AQsFAAOCAQEApyoQMFy4a3ob+GY49umgCtUTgoL4ZYlXpbjrEykdhGzs++MFEdce
MV4O4sAA5W0GSL49VW+6txE1turEz4TxMEy7M54RFyvJ0hlLLNCtXxcjhOHfF6I7
qH9pKXxIpmFfJj914jtbozazHM3jBFcwH/zJ+kuOSIBYJ5yix8Mm3BcC+uZs6oEB
XJKP0xgIF3B6wqNLbDr648/2/n7JVuWlThsUT6mYnXmxHsOrsQ0VhalGtuXCWOha
/sgUKGiQxrjIlH/hD4n6p9YJN6FitwAntb7xsV5FKAazVBXmw8isggHOhuIr4Xrk
vUzLnF7QYsJhvYtaYrZ2MLxGD+NFI8BkXw==
-----END CERTIFICATE-----
subject=C = US, ST = California, L = Los Angeles, O = Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, CN = www.example.org

issuer=C = US, O = DigiCert Inc, CN = DigiCert TLS RSA SHA256 2020 CA1

---
No client certificate CA names sent
Peer signing digest: SHA256
Peer signature type: RSA-PSS
Server Temp Key: ECDH, P-256, 256 bits
---
SSL handshake has read 4654 bytes and written 727 bytes
Verification: OK
---
New, TLSv1.3, Cipher is TLS_AES_256_GCM_SHA384
Server public key is 2048 bit
Secure Renegotiation IS NOT supported
Compression: NONE
Expansion: NONE
No ALPN negotiated
Early data was not sent
Verify return code: 0 (ok)
---
---
Post-Handshake New Session Ticket arrived:
SSL-Session:
    Protocol  : TLSv1.3
    Cipher    : TLS_AES_256_GCM_SHA384
    Session-ID: CA5140D9E1512FF638CD68ADEA110BD782016D623438EA90A8933FAFC7AD01F7
    Session-ID-ctx:
    Resumption PSK: E6DC107C46FC16F0724C84F95B824A257F2BD3E9D3F0359759403DDDEFFA52EFDF6E5169416530F9293BF041146BCCDA
    PSK identity: None
    PSK identity hint: None
    SRP username: None
    TLS session ticket lifetime hint: 7200 (seconds)
    TLS session ticket:
    0000 - 53 e4 40 11 18 83 b0 e0-1d a8 08 03 59 6d 87 92   S.@.........Ym..
    0010 - 44 df a4 e4 f7 2e 93 58-88 05 77 f9 21 c1 67 11   D......X..w.!.g.
    0020 - fa f9 a5 f2 ea 79 c7 44-2c 59 f2 93 d4 aa 59 06   .....y.D,Y....Y.
    0030 - 96 69 c2 a4 ec 2b 49 4c-cc c1 a6 f7 4f b7 44 fd   .i...+IL....O.D.
    0040 - 75 36 22 20 e4 e6 42 79-c4 73 78 72 57 5b 6a d0   u6" ..By.sxrW[j.
    0050 - 04 2c 62 71 10 ae ac fa-a8 2f ba 50 f8 17 fb 5d   .,bq...../.P...]
    0060 - 0e ea b6 3b e0 97 6b 9b-cd ff 35 ba 68 49 24 31   ...;..k...5.hI$1
    0070 - 64 b3 09 05 7c 52 66 60-5f 8a fe 68 cc ef f4 62   d...|Rf`_..h...b
    0080 - ef 45 73 d5 26 5b 60 cb-41 b6 4d d4 36 2c 5c 09   .Es.&[`.A.M.6,\.
    0090 - 20 86 7e 27 cf a7 02 c0-d7 f1 fb 51 7e ff 31 8f    .~'.......Q~.1.
    00a0 - 58 38 e7 e9 0e 17 39 b7-2a 94 f1 b8 a4 ad 8e 7c   X8....9.*......|
    00b0 - 76 a1 30 8c 59 a1 6b 05-0c 4a 85 a2 d1 9d ae ec   v.0.Y.k..J......

    Start Time: 1622793404
    Timeout   : 7200 (sec)
    Verify return code: 0 (ok)
    Extended master secret: no
    Max Early Data: 0
---
read R BLOCK
---
Post-Handshake New Session Ticket arrived:
SSL-Session:
    Protocol  : TLSv1.3
    Cipher    : TLS_AES_256_GCM_SHA384
    Session-ID: 896A2A6A4C560A9EF99015F77EBB4A7EFD103C497B2B7175549D3896DEE0242D
    Session-ID-ctx:
    Resumption PSK: 8D217E8F4E64A1FD56A41D92BA7E6482E28211F179DE5408D7AC1C0284EFEAF98B2A75963907F01C8B3F6603A574DCFE
    PSK identity: None
    PSK identity hint: None
    SRP username: None
    TLS session ticket lifetime hint: 7200 (seconds)
    TLS session ticket:
    0000 - 53 e4 40 11 18 83 b0 e0-1d a8 08 03 59 6d 87 92   S.@.........Ym..
    0010 - 0a f8 2f c4 90 97 d1 87-d0 0f 9a e9 a7 64 99 50   ../..........d.P
    0020 - d5 15 68 28 a8 04 70 0c-f2 85 44 71 00 30 02 89   ..h(..p...Dq.0..
    0030 - 7c ad ad ca c7 e5 42 48-3f 6f 6c cd 1a 0e 04 f2   |.....BH?ol.....
    0040 - 8b 07 38 a4 83 85 51 b7-78 56 c2 bb 1a 76 e8 2b   ..8...Q.xV...v.+
    0050 - 33 9b 73 0d af 25 b7 3f-6d db 4a 47 4c 10 5a 05   3.s..%.?m.JGL.Z.
    0060 - 52 a5 90 10 b5 1b ce 01-0f 24 2e e0 ca 27 d8 7d   R........$...'.}
    0070 - 3d cf 36 2e e4 b7 65 9b-ae 65 b5 c9 de 56 6d 50   =.6...e..e...VmP
    0080 - db f1 1a b3 87 70 7c 77-d6 d6 70 95 91 4e 68 0d   .....p|w..p..Nh.
    0090 - 9d 5c d9 b2 49 53 0e 92-5f 12 11 87 55 92 18 fb   .\..IS.._...U...
    00a0 - 18 65 7e 1e c8 55 05 89-fa 02 56 6e 3d e0 60 70   .e~..U....Vn=.`p
    00b0 - 9c dc 33 41 e3 48 1b e5-24 b6 dc 60 73 23 53 24   ..3A.H..$..`s#S$

    Start Time: 1622793404
    Timeout   : 7200 (sec)
    Verify return code: 0 (ok)
    Extended master secret: no
    Max Early Data: 0
---
read R BLOCK
closed

# Webseite aufrufen

Beim Aufruf einer Webseite passiert also folgendes:

  1. Nachschlagen IP-Adresse anhand Hostname
  2. TLS-Handshake durchführen
  3. Zertifikate verfizieren
  4. Webseite darstellen

# Webseite aufrufen mit Python


# Zertifikatsverwaltung

🤔 Es gibt inzwischen Millionen von Webseiten. Wie werden all diese Zertfikate verwaltet?

Schauen wir uns dazu eine Statistik an: https://trends.builtwith.com/ssl (opens new window).


# LetsEncrypt

Let’s Encrypt ist eine Zertifizierungsstelle, die Ende 2015 in Betrieb gegangen ist und kostenlose X.509-Zertifikate für Transport Layer Security anbietet. Die Zertifikate haben eine Gültigkeit von jeweils 90 Tagen und können manuell oder automatisch erneuert werden.


# LetsEncrypt Hierarchy


# LetsEncrypt Challenge

Der Webserver kann mit dem LetsEncrypt eine Verhandlung starten. Bei der Verhandlung wird verifiziert, dass man der Besitzer der Domäne ist.

Ist die Verhandlung abgeschlossen, können Zertifikate von LetsEncrypt für die verfizierten Domänen bezogen werden.


# HTTP Challenge


# DNS Challenge


# Challenge ausführen


# Zertifikat abholen


# Übungen

🎬 Lösen sie die Übung 3.