等价加密算法组并不是 HTTPS 性能调优的利器

这篇文章是 《https优化必须了解ChaCha20-Poly1305算法》 的延伸。现在我们知道在HTTPS协议中，主流的加密算法是AES-GCM和ChaCha20-Poly1305算法，那么服务器应该优先使用那个算法呢？或者说密码套件协商的规则是什么？

密码套件协商规则

假设台式机客户端（比如浏览器）在进行HTTPS握手的时候，会发送一组本机支持的密码套件（排在第一位的加密算法是AES-GCM，第二位的是ChaCha20-Poly1305）；假设移动设备的客户端在进行HTTPS握手的时候，会发送一组本机支持的密码套件（排在第一位的加密算法是ChaCha20-Poly1305，第二位的是AES-GCM），那么服务器和客户端应该协商出那个密码算法呢？

在TLS密码库中（OpenSSL、NSS），协商一致的密码套件实际上是由服务器决定的，比如在Nginx中配置：

#配置（1）
ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256';
ssl_prefer_server_ciphers on;

其中 ssl_prefer_server_ciphers 指令解释如下：

Specifies that server ciphers should be preferred over client ciphers

也就是说最终协商出的密码套件以服务器配置为准。

如果客户端发送的密码套件同时包含ChaCha20-Poly1305和AES-GCM，而服务器也同时支持这两种算法，那最终选择的密码套件取决于服务器的配置。在上面的配置中，ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305优先级更高，也就是最终会使用ChaCha20-Poly1305算法。

如果 ssl_ciphers 指令对应的算法调换下顺序，比如：

# 配置（2）
ssl_ciphers 'ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305';
ssl_prefer_server_ciphers on;

那么最终会使用 AES-GCM 算法。

聪明的同学可能会猜到，以上面的配置（1）为例，ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256很有可能永远不会被选择（除非某个客户端不支持 ChaCha20-Poly1305 算法），确实是这样的。

那么为什么密码套件协商要以服务器为准呢？

• 从安全性考虑，因为如果以客户端密码套件优先级配置为主，那么攻击者可以强迫服务器最终协商出相对不安全的密码套件。

• 服务器可控性更高，比如说大部分服务器是 intel 芯片，你觉得它愿意使用 ChaCha20-Poly1305 算法吗？

等价加密算法组

等价加密算法组直白的说，就是服务器智能的选择密码套件（以客户端支持的密码套件为主），我们先不考虑等价加密算法组是否有用，先看看它是什么概念。

等价加密算法组（Equal preference cipher groups）是 BoringSSL（从OpenSSL fork出的密码库）提出来的，如果你查看 Cloudflare 推荐的 TLS配置（https://github.com/cloudflare/sslconfig），会发现如下的配置：

ssl_ciphers '[ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256|ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305]:ECDHE+AES128';
ssl_prefer_server_ciphers on;

首先说明的是，如果你在nginx中这样配置，启动nginx的时候会报错的，因为nginx使用的OpenSSL不支持等价加密算法组。cloudFlare现在已经使用了 BoringSSL，所以默认就支持等价加密算法组。

等价加密算法组的配置指令很简单，使用“[]”符号将优先级顺序一样的密码套件配置在一起（多个密码套件用“|”符号分隔）。

一旦如此配置，如果客户端优先发送AES-GCM密码套件，那么最终协商出的密码套件就是AES-GCM；如果客户端优先发送ChaCha20-Poly1305密码套件，那么最终协商出的密码套件就是ChaCha20-Poly1305。

需要注意的是，在这个例子中，[ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256|ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305] 的配置优先级比 ECDHE+AES128 更高，这说明服务器优先级更高（ssl_prefer_server_ciphers on），这一点需要和等价加密算法组的配置区分。

OpenSSL 支持等价加密算法组

考虑到 OpenSSL 的普及性，那么如何让 OpenSSL 也支持这一特性呢？可以打一个patch。

如果你使用的是 OpenSSL 1.1，那么可以进行下列的配置（仅仅描述openssl打patch）：

$ wget "https://gitlab.com/buik/openssl/-/archive/openssl-patch/openssl-openssl-patch.zip"
$ unzip openssl-openssl-patch.zip
$ tar xvf openssl-1.1.0f.tar.gz
$ cd openssl-1.1.0f  
$ patch -p1  < ../openssl-1.1/OpenSSL1.1f-equal-preference-cipher-groups.patch

如果使用的是 OpenSSL 1.1.1，目前还没有patch支持。

等价加密算法组真的有用？

大家可以思考下，为什么OpenSSL 1.1.1的最新版本还没有支持这特性呢？原因可能有多方面，看上去很不错的一个概念，还能让移动设备使用性能更高的ChaCha20-Poly1305算法，何乐而不为呢？

但实际上目前ChaCha20-Poly1305算法的优势没有想象的大。

1：从客户端考虑

移动设备很多使用 ARM 架构，在 《https优化必须了解ChaCha20-Poly1305算法》 也提到，ChaCha20-Poly1305 算法性能是 AES-GCM 的3倍。

可现在移动设备大部分采用 ARM V8 架构，本身已经支持 AES-NI 加速了（比如 iPhone5s以后手机，或者现在的小米手机，我实际测试了下，优先发送的密码套件是AES-GCM）。

就光这一点，直接可以宣告 ChaCha20-Poly1305 算法可能不会普及，从客户端的角度看，不管是台式机还是移动设备，AES-GCM 足够快了。

2：从服务器考虑

大部分台式机和服务器都使用 intel 架构，支持 AES-NI 指令，使用 AES-GCM 密码套件最合适，如果强制让它使用 ChaCha20-Poly1305 算法，性能反而不高（至少对服务器是这样的）。

我们总说 HTTPS 性能优化，需要仔细考虑是优先优化服务器端还是客户端，还是同时优化，这有个取舍。

总结

综合来说，大家也看到了，其实 ChaCha20-Poly1305 算法并没有那么流行，OpenSSL 目前不支持等价加密算法组也可理解了，不过在下个版本中，OpenSSL 还可能会支持，因为这确实一个很有趣的特性。

对于大部分公司来说，其实HTTPS的优化没有太多的银弹，我们只要老老实实的选择主流的配置即可，比如 Mozilla 建议的配置（https://mozilla.github.io/server-side-tls/ssl-config-generator/），没有必要太折腾；当然对于大型企业来说，尤其是 CDN 厂商来说，将性能优化做到极致是可理解的，当然他们更多的会考虑服务器端的 HTTPS 性能。

我会长期关注HTTPS方面的进展，所有写的文章都不是从 《深入浅出HTTPS：从原理到实战》 搬移的，都是我最新学习的，欢迎大家关注，我的公众号（ID：yudadanwx，虞大胆的叽叽喳喳）。