QUICむけにAES-GCM実装を最適化した話 (1/2)
4月末に、会社のほうで「Can QUIC match TCP’s computational efficiency?」というブログエントリを書きました。我々が開発中のQUIC実装であるquiclyのチューニングを通して、QUICのCPU負荷はTLS over TCP並に低減可能であろうと推論した記事です。この記事を書く際には、Stay Homeという状況の中で、手元にあった安いハードウェアを使ったのですが、その後、10gbe NICを入手し、ハードウェアによるUDP GSOオフロード環境でのパフォーマンスを確認していくと、OpenSSLのAES-GCM実装がボトルネックになることがわかってきました。 TCP上で通信するTLSでは、一般に、データを16KB単位でAEADブロックに分割して、AES-GCMを用いてAEAD暗号化します注。一方、UDPを用いるQUICでは、パケット毎にAES-GC
HTTP のプライオリティが大きく変わろうとしている話（その他 IETF 105 雑感）
先週、モントリオールで開催された IETF 105 に参加してきました。 いろんなことがあったのですが、個人的に一番大きかったのは、HTTP/3 からプライオリティ（優先度制御）まわりの仕様を落とすことが決定したこと。 HTTP/3 は、トランスポートプロトコルである QUIC の上で動作する、次世代の HTTP プロトコルです。その設計は、QUIC ワーキングググループが、HTTP ワーキンググループから委託され、HTTP/2 の機能を移植する、という形式を取っています。 ところが、５月にロンドンで開催された QUIC ワーキンググループの中間会議で、一部参加者から HTTP/3 の優先度制御に対する不満が表明されたのです注1。それを受けて、QUIC ワーキンググループでは、HTTP/3 の優先度制御にあった HTTP/2 のそれとの差異を少なくする作業を進める一方、HTTP ワーキング
Kazuho's Weblog: 次世代プロトコル（QUIC etc.）のセキュリティとプライバシー @ #builderscon
９月６日より開催中の builderscon 2018 において、登壇の機会をいただき、インターネットのトランスポート層プロトコルについてセキュリティやプライバシーに関わる設計がどのように進めてられているか、TLS と QUIC を中心に発表しました。 QUIC のハンドシェイクプロトコルとパケット番号暗号化、TLS の Encrypted SNI 拡張は、いずれも僕が提案した機能あるいは方式が採用される予定のものなので、背景にある動機や意義を含め、整理して発表する機会をもらえたことをありがたく感じています。 聴講いただいた方々、また、スライドをご覧になる方々と、次世代プロトコルの暗号応用の手法のみならず意義を含め共有し、理解と議論を深めることができれば、これに勝る喜びはありません。 PS. QUIC のハンドシェイクプロトコルと Encrypted SNI 拡張については、以下のブログ記
QUICハンドシェイクの再設計、もしくはTLSレイヤの終焉
先週スウェーデンのKistaで開催された第５回QUIC Interimで、ハンドシェイクプロトコルの再設計案の採用が決まりました。 提案者として、その背景にある考え方を整理したいと思います。 ▪️提案内容 詳しくはDesign Docを見てもらえばいいとして、ざっくりいうと、TLSスタックをふたつに分割し パケットはQUICがレイアウトしたバイト列をTLSスタックが提供するAPIを使って暗号化注1して生成 ハンドシェイクメッセージについては、平文のメッセージをTLSスタックとQUICスタックとの間で交換し、QUICスタック側で上記手法によるパケット化暗号化を行う というものです。 これにより、たとえばサーバがハンドシェイク時に送出するパケットの構造は以下のようにかわります。 図1. 従来方式 図2. 新方式 赤は難読化（つまり正当なパケットと攻撃との区別がつかない）、黄は未認証の暗号化（通
Kazuho's Weblog: 海賊版サイトのブロッキングについてアンケートをとってみたら興味深い結果が出た
政府がISPに対し対し海賊版サイトのブロッキングを要請し、議論になっています。あなたは以下のどの対策が正しいと思いますか？ — Kazuho Oku (@kazuho) April 25, 2018 832票もの回答をいただきました。ありがとうございます。結果をみて、いくつか感想を述べさせていただきたいと思います。 ▪️海賊版サイトに対し、なんらかの新たな対策が必要かどうかについて 83%の方々が、なんらかの新しい対策を取ることに積極的賛成、あるいは消極的賛成という立場を取られていることがわかりました。一方で、17%の方々が、少なくとも現時点では新たな対策は不要であり、出版社等の権利者は現行法に基づき、刑事告発、民事訴訟、DMCA Takedownなどの手法を用いて戦うべきだと考えていらっしゃることもわかりました。 ▪️ブロッキングという手法について 意見が綺麗に割れました。 42%の方々
コマンド一発でソースコード検索＆表示できる「peco」改が凄い！
lestrratさんがやってくれました。 ずいぶん前から、ソースコードを検索して読みやすいコマンドはないかなーと思っていました。個人的にはackで検索して見つかったファイルをlessで開いて再びキーワードを入れて当該行までジャンプしていたのですが、毎回毎回めんどくさい感じでした。コマンド一発でインクリメンタル検索してキーワード周辺のソースコードを読めるツールが欲しいなぁって思ってたんです。 とあるslackでお昼時に、mattnさんと「ほしいですよねー」という話から始まって、vimにあるgrepとかも物色しながら「いいのないねー」とか言ってたらkanさんが「@lestrrat 案件だ」って言い出して牧さんが召喚されてついさっきpecoに必要な機能が追加されてました。速いw ためしにpicotlsの開発ディレクトリでpecoの一行ラッパーperoを起動し、「EVP_Digest」を検索してみ
Fastly に入社しました
Summary in English: Joined Fastly, will continue my work on H2O there as an open-source developer. 2017年1月1日付で、Fastly 社へ転職したので報告いたします。 過去５年間、DeNA では R&D 的な立場から、様々な基盤的ソフトウェア（オープンソースになったものもありますし、クローズドなものもあります）の開発に携わってきました。 最近２年間は、同社のゲーム用サーバに端を発するオープンソースの HTTP/2 サーバ「H2O」の開発に従事してきましたが、その実装品質が高く評価され、世界有数のコンテンツ配信ネットワーク（CDN）である Fastly で採用された他、大規模なウェブサービス事業者で採用にむけた動きが進むなどの成果が出つつあります。 また、H2O における実装経験をもとに、H
mmapを使ってファイルベースの巨大なバッファを確保する話
小さなバッファはインメモリでもつが、メモリに収まらないような大きなバッファはテンポラリファイルを作り、file I/Oでアクセスする、というのが昔からの汎用的なバッファ実装のアプローチ。 だが、バッファに格納するデータ量によってアクセス手段を変えるというのはめんどくさいし、そこを抽象化すると無駄なオーバーヘッドが発生する。 幸いなことに最近は、メモリ空間が広い 64bit CPU だけ考えればいい。なので、ファイルの「読み込み」については、めんどくさいから全部mmapするというのが一般的なアプローチになってきている（例: LLVMのリンカであるlld）。 同様のことが、テンポラリファイルを使う可変長のバッファについても可能であり、h2o では実際に実装している。詳しくは h2o_buffer_reserve 関数の実装を見てもらえばいいと思いますが、ざっくりとした手順は以下のとおり： ▪️
H2O HTTP2 server 2.0 released!
We are happy to announce the release of H2O version 2.0. It is a major update from 1.7 series, including many improvements and bug fixes. The most prominent changes are:support for Brotli compression directives for file-level resource mapping addition of the status handler reverse proxying using HTTPS Full list of changes can be found here. Please refer to the reference documentation to find out h
Optimizing performance of multi-tier web applications using HTTP/2 push
Optimizing performance of multi-tier web applications using HTTP/2 push Push is a feature of HTTP/2, that allows a server to speculatively send response to a client, anticipating that the client will use the response. In my earlier blogpost, I wrote that HTTP/2 push does not have significant effect on web performance when serving static files from a single HTTP/2 server. While that is true, push d
Kazuho's Weblog: ウェブページの描画 (first-paint) までの時間を測定するツールを作った件、もしくはHTTP2時代のパフォーマンスチューニングの話
ウェブページの描画 (first-paint) までの時間を測定するツールを作った件、もしくはHTTP2時代のパフォーマンスチューニングの話 ウェブページの表示までにかかる時間をいかに短くするかってのは、儲かるウェブサイトを構築する上で避けて通れない、とても重要な要素です。 少し古いデータとしては、たとえば、ウェブページの表示が500ミリ秒遅くなると広告売上が1.2%低下するというBingの例なんかも知られているわけです。 「ウェブページの表示までにかかる時間」と言った場合、実際には以下のようないくつかのメトリックがあります。 イベント 意味
Neverbleed - RSAの秘密鍵演算を別プロセスに分離する話
機能毎にプロセスを分割し、それらを別個の権限のもとで実行することで、脆弱性があった場合の影響を抑え込むというのは、一定以上の規模をもつプログラムでは、しばしば見られるデザインパターンです。 qmailは、そのような設計がなされたメール配送デーモンとして名高いですし、OpenSSHもまた、認証プロセスと通信プロセスを分離することで、外部との通信を担当するコードにバグがあったとしても、ルート権限が奪われないように設計されています（参照: Privilege Separated OpenSSH）。 一方で、OpenSSLにはそのような権限分離は実装されていません。Heartbleedの際にサーバの秘密鍵が漏洩したのも、秘密鍵の取り扱いと、その他の通信の取り扱いを同一のメモリ空間の中で行っていたからだと考えることができます。 ないのなら、自分で作ればいいじゃない…ということで作りました。それが、N
前方秘匿性 (forward secrecy) をもつウェブサイトの正しい設定方法
前方秘匿性（forward secrecy）とは、以下のような性質を指します。 公開鍵暗号の秘密鍵のように、比較的長期に渡って使われる鍵が漏えいしたときでも、それまで通信していた暗号文が解読されないという性質 鍵が漏れることも想定せよ――クラウド時代における「楕円曲線暗号」の必然性 - @IT 鍵が攻撃者や諜報機関など第三者の知るところとなった場合でも、それまで通信していた暗号文が解読されないようにしないといけない、という考え方とともに、最近 HTTPS を利用するウェブサイトにおいても導入が求められるようになってきた概念です。 前方秘匿性を満たすウェブサイトの設定方法については、TLSの暗号化方式をECDH_RSAあるいはECDHE_RSAに設定すれば良い、と述べている文献が多いです。 ですが、ほとんどのウェブサーバにおいて、それは誤りです。 なぜか。 通信を暗号化する鍵（セッション鍵）
論理削除はなぜ「筋が悪い」か
「論理削除が云々について - mike-neckのブログ」を読んで。 データベース設計において、「テーブルの書き換えをするな、immutableなマスタと更新ログによって全てを構成しろ」というこの記事の主張はモデリング論として全く正しい。 だが、残念なことに、ディスクやメモリが貴重な資源だった時代の技術であるRDBは、そのようなモデリングに基づいて設計されたデータベースには必ずしも適していない。 第一の問題は、RDBに対してなされる様々な「更新」（トランザクション）は不定形（どのテーブルをどのように修正するかはアプリケーション依存）だという点。不定形な「更新」を時系列にそってRDBに記録していくのは、設計と並走性の点において困難あるいは煩雑なコーディングが必要になる（というか、そのような「イベント」による「変化」はREDOログに書き、その更新された「状態」をテーブルに反映していくというのが
Kazuho's Weblog: 「技術的負債」は避けるべき？ - 割引率を使って考えてみた
「技術的負債」をコントロールする定量評価手法への期待 からの続きです。 ソフトウェアサービス企業における技術責任者の最も重要な仕事のひとつが、エンジニアリングの効率化です。そのためには、サービスの初期開発コストだけでなく、運用コストを織り込んだ上で正しい技術的判断を行っていく必要があります。 「技術的負債」という言葉は、この運用コスト最適化の重要性を指摘する上で、とてもキャッチーなフレーズだと考えられます。しかし、「技術的負債」を産まないように、あるいは負債を早めに返していこうとすると、開発工数が大きくなってしまうという問題もあります。 初期開発コストと運用コストのバランス注1を、どのようにとっていけば良いのでしょう？ 同等の機能を提供する「ソフトA」と「ソフトB」を考えてみます。ソフトAは、初期開発工数が6だが、２年目以降の維持工数が毎年4かかるとします注2。ソフトBは、初期開発工数が1
なぜHTTPSはHTTPより速いのか
先週、httpvshttps.com というウェブサイトが公開されました。このウェブサイトでは、HTTP と HTTPS を用いてアクセスした場合のウェブページのダウンロード完了までにかかる時間の比較ができるのですが、多くの環境で HTTPS の方が HTTP よりも高速なことに驚きの声が上がっていました。 HTTP が TCP 上で平文を送受信するのに対し、HTTPS は TCP 上で TLS (SSL) という暗号化技術を用いて通信を行います。ならば、TLS のオーバーヘッドのぶん HTTPS のほうが遅いはずだ、という予測に反する結果になったのですから、驚くのも無理はありません。 実は、この結果にはからくりがありました。 Google Chrome、Mozilla Firefox、最近のSafari注1は、Google が開発した通信プロトコル「SPDY」に対応しており、HTTPS
C言語で可変長引数をとる関数を、型安全に書く方法
C言語の可変長引数は、型安全でない（まちがった型の引数を渡してもコンパイルエラーにならない）とされています。これは言語仕様の理解としては正しいのですが、特定の型の引数を任意の個数とる関数に限っては、マクロを使うことで型安全性を確保することができます。 任意の個数のdoubleを引数にとり、その和を返す関数「sumf」を例にあげて説明します。 C言語の可変長引数機構を使ってsumfを定義すると、以下のようになります。 #include <math.h> #include <stdarg.h> #include <stdio.h> static double sumf(double nfirst, ...) { double r = 0, n; va_list args; va_start(args, nfirst); for (n = nfirst; ! isnan(n); n = va_a
64bit時代のバッファ処理
プログラミングの「常識」は時代とともに変化します。そのひとつが、サーバプログラムにおけるバッファ処理です。 1990年代後半から2010年頃までは、メモリ空間の大きさ（32bitすなわち4GB注1）を超える大きさのファイルを扱う時代でした。このため、httpdなどのサーバプログラムにおいても、入出力データをいったんテンポラリファイルとしてバッファリングする必要がありました。ですが、ファイルI/Oはメモリアクセスと比べると低速です。このため、小さなサイズのデータについてはメモリアクセスする一方で、大きなサイズのデータについてはファイルI/Oを用いる、という煩雑なコードを書く必要がありました。 しかし、2014年も暮れとなる今 、サーバサイドにおいては64bit環境のみを考えれば良い時代に入りつつあります。 もちろん、64bit環境といったところで、64bit空間の全てをユーザプロセスが使える
sprintf を最大10倍以上高速化するプリプロセッサ「qrintf」を作った
最近H2OというHTTPサーバを書いているのですが、プロファイルを取ってみるとsprintfが結構な時間を食っていて不満に感じていました。実際、sprintfは数値や文字列をフォーマットするのに十徳ナイフ的に便利なので、HTTPサーバに限らず良く使われる（そしてCPU時間を消費しがちな）関数です。 では、sprintfを最適化すれば、様々なプログラムが より高速に動作するようになるのではないでしょうか。ということで作ったのが、qrintfです。 qrintfは、Cプリプロセッサのラッパーとしてソースコードに含まれるsprintfの呼出フォーマットを解析し、フォーマットにあわせたコードに書き換えることで、sprintfを高速化します。 たとえば、以下のようなIPv4アドレスを文字列化するコード片を sprintf( buf, "%d.%d.%d.%d", (addr >> 24) & 0xf
The reasons I stopped using libuv for H2O
Libuv is a great cross-platform library that abstracts various types of I/O by using callbacks. So when I started writing H2O - a high-performance HTTP server / library implementation with support for HTTP1, HTTP2 and websocket, using libuv seemed like a good idea. But recently, I have stopped using it for sereval reasons. This blog post explains them. ■No Support for TLS Although libuv provides a
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