پروتکل Handshake (دست دهی) چیست؟ + آشنایی با مزایای هندشیک

پروتکل هندشیک (Handshake) یا دست‌دهی، مرحله‌ای اساسی در برقراری ارتباط امن با استفاده از گواهینامه امنیتی SSL است. در این فرایند، مرورگر و سرور ضمن شناسایی یکدیگر، کلیدهای رمزنگاری را برای ایجاد ارتباطی امن تبادل می‌کنند. در این بلاگ آیسرت ضمن پاسخ به این سوال که Handshake چیست، نحوه عملکرد و اهمیت این پروتکل در ارتباطات امن را بررسی می‌کنیم. همچنین، درباره دامنه هندشیک، TLS Handshake و TCP Handshake نیز توضیحاتی می‌دهیم. تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

هندشیک (Handshake) چیست؟

پروتکل Handshake چیست؟ به‌معنای «دست دهی دیجیتال» است و قبل از آغاز تبادل داده‌های واقعی بین دو طرف (مثلا یک مرورگر و یک سرور) انجام می‌شود. در این فرایند، دو سیستم ابتدا اطلاعات اولیه‌ای را مبادله می‌کنند تا از همخوانی نسخه‌ها، الگوریتم‌های رمزنگاری و سایر پارامترهای امنیتی اطمینان حاصل شود.

در فرایند Handshake آغاز و تبادل اطلاعات اولیه بین مرورگر و سرور موجب تولید یک کلید مشترک می‌شود که این کلید مبنای رمزنگاری داده‌های آتی قرار می‌گیرد. به‌عبارت دیگر، Handshake همانند دست دادن فیزیکی بین افراد است که در آن ضمن شکل‌گیری اعتماد اولیه، زمینه تبادل اطلاعات امن فراهم می‌شود.

اهمیت پروتکل Handshake در ارتباطات امن

مزایای فرایند هندشیک چیست؟ گواهینامه امنیتی SSL به‌تنهایی امنیت را تضمین نمی‌کند، بلکه نقش اصلی آن تایید هویت سرور و ایجاد بستر رمزنگاری‌شده برای انتقال داده‌هاست. بدون Handshake، حتی اگر یک سایت دارای SSL باشد، امکان تبادل اطلاعات به‌صورت رمزنگاری‌شده وجود نخواهد داشت و ارتباط همچنان در معرض خطر قرار می‌گیرد. مهم‌ترین مزایای استفاده از هندشیک (Handshake) به‌شرح زیر است:

١. رمزنگاری داده‌ها

استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته و تولید کلیدهای مشترک باعث می‌شود تا حتی در صورت ضبط ترافیک، اطلاعات دزدیده‌شده قابل خواندن نباشند.

٢. احراز هویت دقیق

با تبادل گواهینامه‌های دیجیتال و احراز هویت مراجع صدور گواهی (CA)، صحت هویت طرفین ارتباط تایید می‌شود. این امر مانع از برقراری ارتباط ناامن با دستگاه‌های مخرب می‌شود.

٣. جلوگیری از حملات تکراری و بازپخش

بکارگیری اعداد تصادفی (Nonce) و پارامترهای دینامیک در فرآیند Handshake، احتمال موفقیت حملاتی مانند Replay Attack را به‌شدت کاهش می‌دهد.

۴. انعطاف‌پذیری بالا

پروتکل هندشیک Handshake قابلیت تطبیق با الگوریتم‌های مختلف رمزنگاری و تنظیمات امنیتی را دارد. این ویژگی موجب می‌شود تا فرایند دست دهی برای کاربردهای متنوع در شبکه‌های مختلف مناسب باشد.

نحوه کارکرد پروتکل Handshake

نحوه عملکرد Handshake چیست؟ برای درک بهتر نحوه عملکرد این پروتکل، مراحل اصلی اجرای Handshake را بررسی می‌کنیم:

۱. ارسال پیام Client Hello

این مرحله به‌عنوان نقطه آغاز ارتباط، اطلاعات کلیدی را به سرور منتقل می‌کند. انتخاب صحیح نسخه پروتکل و الگوریتم‌های رمزنگاری پیشنهادی اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا مبنای تولید کلید مشترک در مراحل بعدی خواهد بود، کلاینت (مثلا یک مرورگر وب) پیام اولیه‌ای با نام Client Hello به سرور ارسال می‌کند. این پیام شامل موارد زیر است:

• نسخه‌های پشتیبانی‌شده

کلاینت نسخه‌های مختلف پروتکل‌های امنیتی مانند TLS 1.2 و TLS 1.3 را به سرور معرفی می‌کند تا سرور بتواند نسخه مناسب را انتخاب کند.

• لیست الگوریتم‌های رمزنگاری

کلاینت الگوریتم‌های پیشنهادی مانند AES-256، ChaCha20، RSA و سایر الگوریتم‌های مدرن را ارائه می‌دهد.

• عدد تصادفی (Nonce)

یک مقدار تصادفی تولید می‌شود تا از حملات تکراری (Replay Attack) جلوگیری شود و امنیت فرآیند افزایش یابد. استفاده از عدد تصادفی (Nonce) باعث افزایش امنیت زیادی می‌شود. این پیام اولیه handshake، همانند اولین گام در یک دست دادن واقعی است که پایه اعتماد اولیه بین دو طرف برقرار می‌شود.

۲. پاسخ سرور با پیام Server Hello

در پاسخ به Client Hello، سرور نسخه و الگوریتم مناسب را انتخاب می‌کند و اطلاعات هویتی خود را از طریق گواهینامه دیجیتال به کلاینت ارائه می‌دهد. این گواهینامه نقش مهمی در تایید هویت سرور دارد و به کلاینت امکان می‌دهد تا از اصالت سرور اطمینان حاصل کند. به‌علاوه، عدد تصادفی اختصاصی سرور باعث می‌شود که فرایند تولید کلید مشترک دقیق‌تر و ایمن‌تر انجام شود.

سرور تحلیل لازم را روی دیتاهای دریافتی انجام می‌دهد و پیام Server Hello را به کلاینت ارسال می‌کند. در این پیام، موارد زیر گنجانده می‌شود:

• انتخاب نسخه و الگوریتم رمزنگاری

سرور نسخه نهایی پروتکل و الگوریتم رمزنگاری منتخب را اعلام می‌کند.

• ارسال گواهینامه دیجیتال

گواهینامه دیجیتال سرور که شامل کلید عمومی و اطلاعات هویتی آن است و یک مرجع صدور گواهی معتبر آن را تایید می‌کند، برای کلاینت ارسال می‌شود.

• عدد تصادفی اختصاصی

سرور نیز یک عدد تصادفی تولید و در این پیام ارسال می‌کند تا در مراحل بعدی فرایند تبادل کلید استفاده شود.

۳. احراز هویت و اعتبارسنجی

احراز هویت در این مرحله باعث افزایش اعتماد بین طرفین می‌شود. بررسی گواهینامه دیجیتال توسط کلاینت و در برخی موارد بررسی گواهینامه کلاینت توسط سرور، تضمین می‌کند که تنها دستگاه‌های معتبر قادر به برقراری ارتباط هستند. این فرایند به‌خصوص در محیط‌هایی که امنیت اطلاعات بسیار حساس است، اهمیت ویژه‌ای دارد. اگر گواهینامه معتبر تشخیص داده نشود، ارتباط قطع و از ادامه تبادل اطلاعات جلوگیری می‌شود. در برخی موارد، احراز هویت دوطرفه نیز انجام می‌شود که در آن سرور نیز گواهینامه کلاینت را بررسی می‌کند. این اقدام باعث افزایش سطح اطمینان و امنیت کلی ارتباط می‌شود.

۴. تبادل کلید مشترک

با استفاده از الگوریتم‌های تبادل کلید، یک کلید مشترک به‌صورت امن تولید می‌شود. از آنجایی که انتقال مستقیم کلید ممکن است مخاطره‌آمیز باشد. ترکیب اعداد تصادفی و محاسبات ریاضی در این مرحله تضمین می‌کند که حتی در صورت ضبط اطلاعات، کلید نهایی برای شخصی که اطلاعات را مورد سرقت قرار داده‌است، قابل استخراج نباشد. در این مرحله، الگوریتم‌هایی مانند Diffie-Hellman یا Elliptic Curve Diffie-Hellman به‌اختصار ECDH به‌کار گرفته می‌شوند.

۵. تایید نهایی با پیام Finished

این مرحله نقطه عطفی در فرایند Handshake است؛ زیرا با ارسال هش محاسبه‌شده از داده‌های مبادله‌شده، سطح اطمینان نهایی در خصوص صحت و یکپارچگی ارتباط ایجاد می‌شود. در صورت هرگونه تغییر، هش محاسبه‌شده با مقدار مورد انتظار تطابق نخواهد داشت و ارتباط قطع می‌شود.

پس از تولید کلید مشترک، هر دو طرف پیام Finished را ارسال می‌کنند. در این پیام، یک هش از تمامی داده‌های تبادلی در طول فرایند Handshake محاسبه و ارسال می‌شود. هدف از این مرحله، تایید یکپارچگی داده‌هاست؛ به این معنا که هرگونه دستکاری یا تغییر در اطلاعات مبادله‌شده به‌واسطه محاسبه هش قابل شناسایی خواهد بود. در نتیجه، ارسال پیام Finished تضمین می‌کند که فرایند هندشیک به‌طور کامل و بدون نقص انجام شده‌است.

۶. شروع انتقال داده‌های رمزنگاری‌شده

بعد از اتمام مراحل اولیه و تایید نهایی ارتباط، کانال ارتباطی به‌طور کامل رمزنگاری می‌شود. از این لحظه به بعد، تمامی داده‌های ارسال‌شده میان کلاینت و سرور، با استفاده از کلید مشترک رمزنگاری می‌شود و به‌صورت امن انتقال می‌یابد. این امر تضمین می‌کند که در صورت ضبط ترافیک توسط مهاجمان، اطلاعات به‌شکل قابل فهم در دسترس نخواهد بود.

۷. نظارت و به‌روزرسانی مداوم

امنیت هیچگاه به وضعیت ثابتی نمی‌رسد و همواره نیازمند نظارت و به‌روزرسانی‌های دوره‌ای است. در این مرحله، سیستم‌های ارتباطی تحت بررسی‌های منظم قرار می‌گیرند تا نقاط ضعف احتمالی شناسایی و برطرف شوند. همچنین، به‌روزرسانی الگوریتم‌های رمزنگاری و استفاده از فناوری‌های جدید از جمله اقداماتی است که به حفظ امنیت ارتباطات دیجیتال کمک می‌کند.

معماری چند نودی در شبکه‌های Handshake

معماری چند نودی در شبکه‌های هندشیک چیست؟ یکی از ویژگی‌های برجسته شبکه‌های مبتنی‌بر پروتکل Handshake، استفاده از معماری چند نودی است. در این مدل، وظایف و بار پردازشی بین چندین نود مستقل تقسیم می‌شود تا از ایجاد نقطه شکست جلوگیری شود. اگر یکی از نودها دچار مشکل شود، سایر نودها به کار خود ادامه می‌دهند و از عملکرد سیستم دفاع می‌کنند. این مدل مزیت‌هایی دارد که در ادامه به آن اشاره می‌کنیم:

١. افزایش کارایی و سرعت

تقسیم بار پردازشی میان نودها موجب کاهش تاخیر و افزایش سرعت انتقال داده می‌شود.

٢. افزایش امنیت

حمله به چندین نود به‌صورت همزمان بسیار دشوارتر است و در صورت نقص یک نود، شبکه به سرعت از آن عبور می‌کند.

٣. مقیاس‌پذیری بالا

با افزودن نودهای جدید، سیستم به‌آسانی می‌تواند پاسخگوی افزایش نیازهای ارتباطی باشد.

انواع نودهای موجود در شبکه‌های Handshake

نودهای موجود در شبکه‌های هندشیک شامل موارد زیر می‌شوند.

١. نودهای تاییدکننده (Validator Nodes)

وظیفه این نودها بررسی تراکنش‌ها و تایید صحت داده‌های مبادله‌شده است. نودهای تاییدکننده در شبکه‌های بلاکچین نقش کلیدی در ایجاد بلوک‌های جدید دارند.

٢. نودهای کامل (Full Nodes)

تمامی تاریخچه تراکنش‌ها را ذخیره و نگهداری می‌کنند و می‌توانند به‌شکل مستقل، صحت فعالیت‌های شبکه را تایید کنند.

٣. نودهای سبک (Light Nodes)

نودهای سبک به‌دلیل محدودیت‌های سخت‌افزاری، فقط اطلاعات ضروری جهت برقراری ارتباط امن را ذخیره می‌کنند. این نودها در دستگاه‌های موبایل یا اینترنت اشیا کاربرد دارند.

۴. نودهای پشتیبان

نودهای پشتیبانی علاوه‌بر وظایف اصلی، نقش پشتیبانی، تعادل بار و پشتیبان‌گیری را ایفا می‌کنند.

مزایای استفاده از معماری چند نودی شامل از بین بردن ضعف‌ها، افزایش امنیت و توزیع یکنواخت بار پردازشی است که باعث بهبود عملکرد کلی شبکه‌های ارتباطی می‌شود.

پروتکل TLS Handshake چیست؟

TLS Handshake فرایندی است که در آن ارتباط امن بین مرورگر (یا کلاینت) و سرور برقرار می‌شود. این فرایند مشابه دست دادن است؛ ابتدا هر دو طرف با تبادل پیام‌های اولیه، یکدیگر را شناسایی می‌کنند و سپس یک کلید رمزنگاری مشترک تولید می‌کنند تا بتوانند داده‌ها را به‌شکل امن تبادل کنند. در مقاله TLS چیست، به‌طور مفصل درباره این پروتکل توضیح داده‌ایم.

در مراحل اولیه TLS Handshake، کلاینت پیام Client Hello را ارسال می‌کند که شامل نسخه‌های پشتیبانی‌شده TLS و الگوریتم‌های رمزنگاری پیشنهادی است. سپس سرور با پیام Server Hello پاسخ می‌دهد و نسخه و الگوریتم انتخاب‌شده را اعلام می‌کند.

در ادامه، سرور گواهینامه دیجیتال خود را برای احراز هویت می‌فرستد تا کلاینت از صحت هویت سرور اطمینان حاصل کند. پس از آن، با استفاده از الگوریتم‌های تبادل کلید مانند ECDHE یا RSA، یک کلید مشترک تولید می‌شود. در نهایت، هر دو طرف پیام نهایی Finished را رد و بدل می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که هیچ تغییری در پیام‌ها رخ نداده و ارتباط امن برقرار شده‌است.

پروتکل TCP Handshake چیست؟

TCP هندشیک به فرایندی گفته می‌شود که در آن یک ارتباط مطمئن و قابل اطمینان بین دو دستگاه (مانند کلاینت و سرور) در پروتکل TCP برقرار می‌شود. این فرایند تضمین می‌کند که قبل از انتقال داده‌های واقعی، دو طرف ارتباط به توافق رسیده‌اند و پارامترهای لازم برای برقراری یک کانال ارتباطی پایدار مشخص می‌شود.

فرایند TCP 3-Way Handshake

TCP 3-Way Handshake، فرایندی سه مرحله‌ای برای برقراری ارتباط در شبکه‌های مبتنی‌بر TCP است. این فرایند به‌طور کلی شامل موارد زیر می‌شود:

• ارسال SYN توسط کلاینت:

کلاینت یک بسته TCP حاوی بیت SYN (بیت همگام سازی) و یک شماره توالی اولیه (Sequence Number) به سرور ارسال می‌کند. هدف از این بسته، درخواست شروع ارتباط است.

• ارسال SYN-ACK توسط سرور:

پس از دریافت بسته SYN، سرور یک بسته حاوی بیت SYN و ACK یا (Acknowledgment) به کلاینت ارسال می‌کند. در این بسته، سرور شماره توالی خود را نیز ارسال می‌کند و شماره تایید (Acknowledgment Number) مربوط به شماره توالی دریافتی از کلاینت را درج می‌کند.

• ارسال ACK توسط کلاینت:

کلاینت پس از دریافت بسته SYN-ACK، یک بسته حاوی بیت ACK به سرور ارسال می‌کند تا دریافت بسته سرور را تایید کند. با ارسال این بسته، ارتباط بین کلاینت و سرور برقرار  و تبادل داده‌های واقعی آغاز می‌شود.

سه مرحله در فرایند TCP 3-Way Handshake

مراحل فرابند TCP 3-Way Handshake شامل سه گام زیر است:

١. SYN

• کلاینت بسته‌ای با بیت SYN ارسال می‌کند.
• شماره توالی اولیه در این بسته تعیین می‌شود.

هدف: درخواست برقراری ارتباط.

٢. SYN-ACK

• سرور بسته‌ای با بیت SYN و ACK ارسال می‌کند.
• شماره توالی اولیه سرور و شماره تایید مربوط به شماره توالی کلاینت درج می‌شود.

هدف: تایید دریافت درخواست و اعلام آمادگی برقراری ارتباط.

٣. ACK

• کلاینت بسته‌ای با بیت ACK ارسال می‌کند.
• شماره تایید مربوط به شماره توالی سرور درج می‌شود.

هدف: تایید نهایی ارتباط؛ اکنون ارتباط بین دو طرف به‌طور کامل برقرار شده است.

چگونه سرعت TCP 3-Way Handshake را افزایش دهیم؟

بهبود سرعت و کارایی TCP 3-Way Handshake می‌تواند تاثیر زیادی در کاهش تاخیر و افزایش عملکرد شبکه داشته باشد. در ادامه به چند راهکار برای افزایش سرعت این فرایند اشاره می‌کنیم:

١. استفاده از TCP Fast Open یا به‌طور خلاصه (TFO)

این روش موجب می‌شود تا داده‌ها همراه با بسته SYN ارسال شوند، به‌گونه‌ای که فرایند تایید اولیه کاهش یابد و تاخیر برقراری ارتباط کمتر شود.

٢. کاهش Round-Trip Time یا به‌طور خلاصه (RTT)

• بهینه‌سازی مسیرهای شبکه: استفاده از سرورهای نزدیک به کاربر یا استفاده از شبکه‌های تحویل محتوا (CDN) می‌تواند زمان رفت و برگشت داده‌ها (RTT) را کاهش دهد.
• بهبود تنظیمات شبکه: بهینه‌سازی مسیریابی و تنظیمات شبکه می‌تواند تا حدی بر RTT تاثیر بگذارد.

٣. تنظیمات TCP Window Scaling

• افزایش اندازه پنجره: با تنظیم صحیح اندازه پنجره TCP، تعداد داده‌های ارسالی در هر تبادل بیشتر می‌شود و در نتیجه تعداد تبادلات پیام کاهش می‌یابد و عملکرد کلی بهینه می‌شود.
• تنظیمات بهینه در سرورها و کلاینت‌ها: تنظیم دقیق پارامترهای TCP در سیستم‌های عامل می‌تواند در کاهش تاخیر و افزایش سرعت تبادل داده‌ها موثر باشد.

دامنه هندشیک (handshake) چیست؟

واژه Handshake در دو زمینه متفاوت به کار می‌رود؛ هندشیک یا دست دهی در پروتکل‌های شبکه مانند TCP یا TLS به‌معنی دست دادن ابتدایی برای برقراری ارتباط امن است. اما هندشیک در دامنه به ثبت و مدیریت غیر متمرکز دامنه‌ها اشاره دارد. این دو مفهوم از نظر عملکرد و کاربرد کاملا متفاوتند.

دامنه Handshake چیست؟ دامنه هندشیک که اغلب با HNS شناخته می‌شود، نوعی سیستم ثبت و مدیریت دامنه‌های اینترنتی غیرمتمرکز است که بر پایه فناوری بلاک‌چین ساخته شده‌است. در هندشیک کنترل ثبت و مالکیت دامنه‌ها به‌صورت توزیع‌شده و بین کاربران شبکه تقسیم شده‌است، این در حالی است که سیستم‌های سنتی مانند DNS تحت نظارت سازمان‌هایی مانند ICANN و رجیسترهای متمرکز قرار دارند. به‌طور کلی، دامنه هندشیک با استفاده از فناوری بلاک‌چین، جایگزینی امن‌تر، شفاف‌تر و کنترل‌پذیرتر برای سیستم نام‌گذاری دامنه‌های سنتی (DNS) ارائه می‌هد.

جمع بندی

پروتکل Handshake به‌عنوان سنگ بنای ایجاد ارتباطات امن در دنیای دیجیتال، نقشی بی‌بدیل در حفاظت از داده‌های حساس ایفا می‌کند. هر مرحله از این فرایند، از تبادل پیام‌های اولیه مانند Client Hello و Server Hello گرفته تا تولید کلید مشترک و ارسال پیام Finished، با دقت و استفاده از فناوری‌های روز انجام می‌شود؛ در نتیجه ارتباط بین طرفین به‌صورت کاملا امن و بدون دستکاری برقرار می‌شود.

استفاده از معماری چند نودی در شبکه‌های Handshake، علاوه‌بر افزایش کارایی و کاهش نقطه شکست، امنیت کلی سیستم را بهبود می‌بخشد. به‌علاوه، مقایسه Handshake با پروتکل‌های TLS و TCP نشان می‌دهد که استفاده از هندشیک در محیط‌های حساس مانند وبسایت‌های امن، سیستم‌های بانکی و اینترنت اشیا، به‌همراه الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

در نهایت، با توجه به تهدیدات نوین سایبری و افزایش حملات هدفمند، به‌روزرسانی مداوم و نظارت دقیق بر پروتکل‌های امنیتی امری ضروری است. آشنایی عمیق با نحوه کارکرد پروتکل Handshake و استفاده صحیح از آن می‌تواند پایه و اساس امنیت در تبادل اطلاعات دیجیتال را فراهم کند و زمینه‌ساز نوآوری‌های بیشتر در حوزه ارتباطات امن شود.

سوالات متداول

١. آیا گواهینامه SSL برای برقراری ارتباطات امن کافی است؟
خیر، گواهینامه SSL هویت سرور را تایید و تضمین می‌کند که ارتباط بین کاربر و سرور از طریق رمزنگاری محافظت می‌شود. اما برای ایجاد یک ارتباط امن کامل، فرایندهایی مانند Handshake (دست دهی دیجیتال) نیز ضروری هستند.

٢. تفاوت TLS Handshake و TCP Handshake چیست؟
TLS Handshake برای رمزنگاری داده ها و ایجاد ارتباط امن استفاده می‌شود، در حالی که TCP Handshake برای ایجاد ارتباط پایدار بدون رمزنگاری کاربرد دارد.

٣. آیا Handshake در شبکه های بلاک چین هم استفاده می‌شود؟
بله، هندشیک یا دست دهی در بلاک چین‌ها برای تایید هویت نودها و ایجاد ارتباطات امن بین آن‌ها استفاده می‌شود.

۴. حملات Replay چگونه مسدود می‌شوند؟
هر ارتباط با استفاده از Nonce (عدد تصادفی) در فرایند Handshake، شناسه‌ای منحصربه‌فرد دریافت می‌کند که از استفاده مجدد اطلاعات جلوگیری به‌عمل می‌آورد.