2020 - Evolution of Internet

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2018. 07. 27 / #rosso @ariaki4dev CC-BY-4.0 Target Skill Level

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Connectivity HTTP/2 TLS/1.3 QUIC Protocol Stack Client APIs Authentications Hardwares
Payments Workers 2020 Table of Contents

Connectivity

1991　HTTP/0.9 1996　HTTP/1.0 1999　HTTP/1.1 2015　HTTP/2 1999　TLS/1.0 1996　SSL/3.0 1995　SSL/2.0 2008　TLS/1.2 2006　TLS/1.1 2018　TLS/1.3
1981　TCP/4.0 , IPv4 1980　UDP/1.0 1998　IPv6 1974　TCP/1.0 2001　TCP/ECN Protocol Histories 2020　QUIC ???

1981　TCP/4.0, IPv4 非常に古いプロトコルが未だ現役 1999　HTTP/1.1 2006　TLS/1.1

Connectivity Histories HTTP/2

HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.1 HTTP/2 - 1991 年に登場 - GET メソッド
- ステータスコードなし - ヘッダなし - Content-Type が指定できないので HTML のみ転送可 Histories

HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.1 HTTP/2 GET /index.html Request <HTML>HELLO WORLD</HTML> Response
Histories

HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.1 HTTP/2 - 1996 年に登場 ( RFC1945 )
- HEAD / POST メソッドが追加された - PUT / DELETE は正式仕様ではなく参考仕様 - ステータスコードが追加された - ヘッダが追加された - HTML 以外の転送にも対応 - クッキーはまだない Histories

HTTP/1.1 HTTP/2 GET /index.html HTTP/1.0 User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1) Request
HTTP/0.9 HTTP/1.0 200 OK Date: Fri, 06 Jul 2018 19:00:00 GMT Server: CERN/3.0 libwww/2.17 Content-Type: text/html <HTML>HELLO WORLD</HTML> Response Histories

- PUT / DELETE / OPTIONS / TRACE / CONNECT メソッドが追加された - 1台の HTTPd で複数ドメインに対応した ( Host ) - コネクションの再利用に対応した ( Keep-Alive ) - Chunked レスポンスに対応した - 言語 / タイプ / エンコーディングのネゴシエーションに対応した - HTTP パイプラインに対応した - 1つの TCP 接続で複数 HTTP リクエストを応答を待たずに送信できる Histories

GET /index.html HTTP/1.1 Host: ariaki.info Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8 Accept-Encoding: gzip, deflate,
br Accept-Language: ja,en-US;q=0.9,en;q=0.8 Cache-Control: max-age=0 HTTP/2 Request HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.1 Histories

HTTP/1.1 200 OK Date: Fri, 06 Jul 2018 19:00:00 GMT
Server: Apache Content-Type: text/html; charset=UTF-8 Cache-Control: private, max-age=0 Expires: -1 Connection: Keep-Alive <HTML>HELLO WORLD</HTML> HTTP/2 Response HTTP/0.9 HTTP/1.0 HTTP/1.1 Histories

- HTTP/1.1 との後方互換性を維持 - 多くの新機能や改善 Histories

Connectivity Features HTTP/2

- ネゴシエーション方法として以下をサポート - h2c ( 非暗号通信 ) - Upgrade :
初回は HTTP/1.1 接続し、Upgrade ヘッダで対応を通知 - Direct : クライアントから直接 HTTP/2 接続を指定 - h2 ( 暗号通信 ) - ALPN : TLS/1.2+ 拡張を使用した暗号化接続 ( Application-Layer Protocol Negotiation ) - NPN : TLS/1.2+ 拡張を使用した暗号化接続 ( Next Protocol Negotiation ) 概要 Negotiation

h2c - Upgrade HTTP/1.1 101 Switching Protocols Connection: Upgrade Upgrade:
h2c ： Response GET / HTTP/1.1 Host: ariaki.info Connection: Upgrade, HTTP2-Settings Upgrade: h2c HTTP2-Settings: <<BASE64 ENCODED BINARY>> Request Negotiation

h2c - Direct <<BASE64 ENCODED BINARY>> Response PRI * HTTP/2.0
SM Request Negotiation

h2 - ALPN ClientHello Handshake Message ServerHello ALPN Extention 通信プロトコル候補
ALPN Extention 通信プロトコル決定 Negotiation 暗号化

暗号化 Negotiation h2 - NPN ClientHello Handshake Message ServerHello NPN
Extention 通信プロトコル候補 NPN Extention 通信プロトコル決定

Binary Frame https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/http2/

Binary Frame TYPE FRAME DESCRIPTION 0 DATA リクエスト／レスポンスの本文 1 HEADERS
リクエスト／レスポンスのヘッダ情報 2 PRIORITY ストリーム優先順位（※クライアントのみ送信可） 3 RST_STREAM ストリーム終了（※エラー時など） 4 SETTINGS 接続設定の変更 5 PUSH_PROMISE サーバプッシュ予告（※サーバのみ送信可） 6 PING 接続の生存状態を確認 7 GOAWAY 接続終了（※エラー時など） 8 WINDOW_UPDATE ウインドウサイズ変更 9 CONTINUATION サイズの大きい HEADERS / PUSH_PROMISE フレーム断片

リクエストヘッダの基本形 Header Compression GET /index.html HTTP/1.1 Host: ariaki.info ： HTTP/1.1
:method GET :path / :scheme https :authority ariaki.info Accept */* ： HTTP/2

リクエストヘッダの送信方法 Header Compression - ヘッダ名は別途管理 ( Table ) し、2 回目以降は
Index 指定 - Table 最大長は SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE で指定 - 超過した場合は FIFO で削除 - ヘッダは Binary 形式 ( Binary Optimized Header Encoding ) - HPACK 圧縮

リクエストヘッダテーブル Header Compression - Index, Name, Value を持つテーブル構造 -
静的テーブル - 使用頻度の高いヘッダ - Index ( 1 - 61 ) が規定されている - 動的テーブル - その他のヘッダデータ - Index ( 62 - ) を自動採番する - 2回目以降は Index を使って指定する

静的テーブル ( 一部抜粋 ) Header Compression +-------+-----------------------------+---------------+ | Index |
Header Name | Header Value | +-------+-----------------------------+---------------+ | 1 | :authority | | | 2 | :method | GET | | 3 | :method | POST | | 4 | :path | / | | 5 | :path | /index.html | | 6 | :scheme | http | | 7 | :scheme | https | | 8 | :status | 200 | | 9 | :status | 204 | | 10 | :status | 206 | | 11 | :status | 304 | | 12 | :status | 400 | | 13 | :status | 404 | | 14 | :status | 500 | | 15 | accept-charset | | +-------+-----------------------------+---------------+ | Index | Header Name | Header Value | +-------+-----------------------------+---------------+ | 16 | accept-encoding | gzip, deflate | | 17 | accept-language | | | 18 | accept-ranges | | | 19 | accept | | | 20 | access-control-allow-origin | | | 21 | age | | | 22 | allow | | | 23 | authorization | | | 24 | cache-control | | | 25 | content-disposition | | | 26 | content-encoding | | | 27 | content-language | | | 28 | content-length | | | 29 | content-location | | | 30 | content-range | | https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-httpbis-header-compression-12#appendix-A

テーブル指定 Header Compression +-------+-----------------------------+---------------+ | Index | Header Name |
Header Value | +-------+-----------------------------+---------------+ | 1 | :authority | | | 2 | :method | GET | | 4 | :path | / | | 7 | :scheme | https | :method GET :path / :scheme https :authority ariaki.info x-test-header DEBUG ： 2 GET 4 / 7 https 1 ariaki.info x-test-header DEBUG ( ※次回以降は 62 を指定 ) ：

概要 Multi Plexing - HTTP/1.1 - セッション毎に 1 リクエストずつ処理 -
同一ドメインに対して同時 6 セッション ( Domain Sharding ) - サーバはリクエスト順に応答しなければならない - HTTP/2 - 同一セッション内で同時に複数 ( 100+ ) リクエスト可 - リクエスト時にレスポンス優先順位を設定可

Multi Plexing HTTP/1.1 HTTP/2

Multi Plexing (1) GET /index.html (2) GET /app.css (3) GET
/app.js (1) GET /index.html (2) GET /app.css (3) GET /app.js (4) GET /logo.png (4) GET /logo.png 1セッション内で複数リクエスト複数セッションを平行リクエスト ※実際は 6 程度 * Response all HTTP/1.1 HTTP/2

Server Push GET /index.html /index.html /app.css /app.js /logo.png サーバが判断し、必要に応じて追加リソースを一括返却 HTTP/2

HTTP/2 の課題 Problems - Head of Line Blocking 問題 -
レスポンス完了まで後続のリクエストを受け付けられない - 小さなレスポンス圧縮によるサイドチャネル攻撃 - CRIME / BREACH 等 - Server Push: キャッシュ済データを送信する問題 - 103 Early Hints 等で改善中 - Priority: 優先度を喋らないクライアントに対する応答方法がサーバ実装任せ

Connectivity Compatibility HTTP/2

https://caniuse.com/#feat=http2

OSS Server Products Compatibility - Apache HTTP Server 2.4.17+ (
mod_http2 ) - nginx 1.9.5+ - NodeJS 9+ ( node-http2 ) - Apache Tomcat 8.5.32+ ( and more )

Connectivity Histories TLS/1.3

SSL/3.0 - 1996 年に登場 ( RFC6101 ) - 2014年10月に仕様上の脆弱性が発見された -
2015 年 6 月に使用禁止された ( RFC7568 ) ※ Force Downgrade ( POODLE 攻撃 ) の対象となる為 ※ SSL/2.0 も、2011 年 3 月に使用禁止されている ( RFC6176 ) Histories TLS/1.0 TLS/1.1 TLS/1.2 TLS/1.3

SSL/3.0 - 1999 年に登場 ( RFC2246 ) - 拡張仕様が追加された (
RFC3546 ) - 必須共通鍵暗号：TLS_DHE_DSS_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA - 一部の鍵交換アルゴリズム廃止 ( FORTEZZA ) - ハッシュ計算方法の変更 - CBC モードにおけるパディング方法の変更 - 2018 年 6 月 30 日をもって使用禁止された ( PCI-DSS v3.2 ) Histories TLS/1.1 TLS/1.2 TLS/1.3 TLS/1.0

SSL/3.0 - 2006 年に登場 ( RFC4346 ) - 必須共通鍵暗号：TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA -
共通鍵暗号に AES 追加 - CBC モードにおけるパディング方法の再変更 ( POODLE 対策 ) - セッション再開の規制緩和 - 既に脆弱性が発見され、TLS/1.2 への移行が望まれている Histories TLS/1.2 TLS/1.3 TLS/1.0 TLS/1.1

SSL/3.0 - 2008 年に登場 ( RFC5246 ) - 必須共通鍵暗号：TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA -
脆弱なハッシュの利用箇所削減 ( MD5, SHA-1, 等 ) - CipherSuite によりハッシュ方式設定 - 署名方式の解釈方法変更 - CBC に加えて、GCM / CCM 追加 Histories TLS/1.1 TLS/1.3 TLS/1.0 TLS/1.2

SSL/3.0 Histories TLS/1.1 TLS/1.2 TLS/1.0 TLS/1.3 - 2018 年 3
月に正式勧告 ( draft-28 ) - 必須共通鍵暗号：TLS_AES_128_GCM_SHA256 - OpenSSL 1.1.1 で実装予定 - 現在は pre-8 ( 2018-06-20 )

Connectivity Features TLS/1.3

- 項目の見直しと簡素化 - レイテンシ低減 - 再接続： 0-RTT - 初回接続（鍵交換）： 1-RTT
ハンドシェイクの見直し Handshake

- 平文通信が必要な部分を極力少なくして情報を秘匿 - AEAD ( 認証付き暗号 ) 必須化 - セッションハッシュ機能
( ネゴシエーション履歴全体ハッシュ ) セキュリティの強化 Secure

- CBC, IV - RC4, DSA - MD5, SHA-1, SHA-224
- PFS / PSK 以外の鍵交換 - SSL3.0 以下のプロトコルサポート ※ 危殆化（きたいか）… 技術進歩によって危険性が向上すること危殆化アルゴリズムの廃止 Discontinued

- データ圧縮 ( CRIME ) - 再ネゴシエーション - セッション ID
による再開など ( ※ TLS / SSL の既知の脆弱性 ) その他、多数の機能を廃止 Discontinued

Connectivity Compatibility TLS/1.3

https://caniuse.com/#feat=tls1-3

Connectivity Features QIUC

- QUIC は UDP 上に実装される - コネクション確立のレイテンシが低い ( 最速 0-RTT
) - 強力な輻輳制御/再送制御 - ストリーム/コネクションフロー制御 - Head of Line Blocking が発生しない多重化 - ヘッダ/ペイロードの暗号化と認証 - 前方誤り訂正 - 接続マイグレーション ( 停止/再開 ) 概要 QUIC Feature

- まだ各社での独自研究段階 - 既にインターネットトラフィックの 7% が QUIC - Google, Akamai,
LINE, 等 - 最新ドラフトを 2018 年 11 月に IEST / IESG 提出予定 - 現在 draft-13 ( 2018 年 6 月 28 日時点 ) - 初期バージョンは機能が絞られる予定 - 対応プロトコルを HTTP のみに限定実装状況 QUIC Feature

Connectivity Protocol Stack

Ethernet IPv4 / IPv6 UDP TCP TLS/1.3 TLS/1.3 HTTP/2 QUIC
HTTP/1.1 Semantics Protocol Stack ( Probably in 2020 ) + DOH

[ HTTP/2 ] - https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/http2/?hl=ja - https://mozilla.github.io/meao/2017/06/26/http2/ - https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/HTTP/Overview [
TLS/1.3 ] - https://wiki.openssl.org/index.php/TLS1.3 - https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-tls-tls13-28 - https://www.ipa.go.jp/security/ipg/documents/ipa-cryptrec-gl-3001-2.0.pdf [QUIC] - https://datatracker.ietf.org/wg/quic/about/ - http://www.soumu.go.jp/main_content/000485068.pdf - http://www.soumu.go.jp/main_content/000485069.pdf Appendix

Client APIs

( Progressive Web Apps )

概要 - 単一の規格ではなく、以下を実現する Web アプリ仕様の総称 - ダウンロード動作の必要なく Web ベースで動作 -
ストアを介さずアプリ提供可能 - Native アプリと比べてデータ転送量が少ない - Native アプリに近い機能が実装できる - ホーム画面登録 / オフライン利用 - ハードウェア制御 - 認証 / 決済 / Push 通知 / 等

認証の3要素 1. 知識認証 ( SYK: Something You Know ) 例
) パスワード、暗証番号 2. 所有認証 ( SYH: Something You Have ) 例 ) USB ドングル、SMS 3. 生体認証 ( SYA: Something You Are ) 例 ) 指紋、虹彩 https://yubikey.yubion.com Authentication

- よりセキュアな認証を提供する為の標準化団体 - UAF：生体情報等によるパスワードレス認証 - U2F：認証器を用いた多要素認証 FIDO https://fidoalliance.org/fidoの仕組み/?lang=ja Authentication

https://credential-management-sample.appspot.com Authentication

APIs - Credential Management API - ブラウザに保存されたパスワードを JavaScript から利用/管理する -
Web Authentication API - 公開鍵を用いた認証データを JavaScript から利用/管理する - Mozilla Firefox 60 ( 2018 年 5 月 10 日 ) ではじめて実装 - Google Chrome 67 ( 2018 年 5 月 29 日 ) より対応 Authentication

https://developers.google.com/web/updates/2016/07/payment-request?hl=ja Payment

APIs - Payment Request API - ブラウザ上で支払情報 ( 支払方法/ 配送先住所
/ 配送方法 ) を管理する - https://youtu.be/hmqZxP6iTpo - Payment Handler API ( Chrome 68+ ) - ブラウザ上で支払処理を実行する - https://youtu.be/undqD82MBvA Payment

Service Worker - Service Worker - Web ページとは別にバックグラウンドプロセスで実行するスクリプト - ユーザインタラクションを必要としない機能を実現
- プッシュ通知 - バックグラウンド同期 - App Shell モデルの実装 - リソースのキャッシュやプリロード管理 - コンテンツとナビゲーションの分離 Workers

Other APIs - Manifest - Web アプリの設定ファイル - ホームアイコン -
スプラッシュ画面とテーマ色 - Worklet - 描画や音声処理などの重い処理を別プロセスで実行 Workers

- Web Bluetooth API … Bluetooth デバイス操作 - Web USB
API … USB デバイス操作 - UserMedia API - Image Capture API … カメラのズーム - Shape Detection API … 顔/文字/バーコード等のリアルタイム認識 - Web xR … AR/VR を Web 上で実現する APIs Hardware

- Performance API - Navigation Timing API … Web ナビゲーション時間を計測
- Resource Timing API … リソース読込時間を計測 - User Timing API … 指定区間の実行時間を計測 - Performance memory API … メモリ使用状況の確認 - Page Lifecycle API … ページの生存期間/状態を定義 ( Chrome 68+ ) - Network Information API … 通信状況の確認 APIs Performance

https://dynamis.github.io/webapi.link/

Appendix [ PWA ] - https://dynamis.github.io/webapi.link/ - https://developers.google.com/web/fundamentals/codelabs/your-first-pwapp/ - https://developers.google.com/web/fundamentals/architecture/app-shell?hl=ja
[ FIDO ] - https://fidoalliance.org/?lang=ja [ Web Technology ] - https://developers.google.com/web/updates/?hl=ja

Connectivity より高速により安全により匿名により効率的に Client APIs Webはアプリと同様の体験へ認証/決済等の基盤整備マルチスレッド化
ハードウェア連携 2020

ariaki4dev Build Something Amazing

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