0-RTT

0-RTT: Zero round-trip time

这是 TLS1.3 新加的一个特性.

用途: 可以用于快速的发送一部分数据

“快速” 的含义：通常的 TLS 连接， 只有 TLS 握手成功之后， 才能开始发送应用层数据。但是当使用 0-RTT 特性发送消息时， 不需要等待握手结束，便可以提交发送一小部分数据。 因为不需要等待 TLS 握手流程进行完毕，因此比较快。

代价是牺牲部分 TLS 的安全性。

如何工作的？

并不是任何情况下都能直接发送 0-RTT 数据包。 客户端需要提前有一个和服务器端共享的 PSK.

这个 PSK 的获取方式可以是： 从之前的链接上获取，或者通过其他外部方式。

这里的 PSK 主要用于 TLS 1.3 会话恢复(session resumption)，

也就是意味着客户端和服务器已经有一组共享的密钥，可以用来生成加解密 0-RTT 数据的密钥(0-RTT traffic keys)

如下流程， 0-RTT 数据直接跟在客户端的 ClientHello 之后或者 Change Cipher Spec 之后.()

(Change Cipher Spec 在 TLS1.3 中不是必须的，但是为了兼容旧的版本，允许发送 Change Cipher Spec)

Client                                               Server
ClientHello
+ early_data
+ key_share*
+ psk_key_exchange_modes
+ pre_shared_key
(Application Data*)（0-RTT Data） -------->
                                                         ServerHello
                                                    + pre_shared_key
                                                        + key_share*
                                               {EncryptedExtensions}
                                                       + early_data*
                                                          {Finished}
                                 <--------       [Application Data*]
(EndOfEarlyData)
{Finished}              -------->
[Application Data]      <------->        [Application Data]
               Figure 4: Message Flow for a 0-RTT Handshake

代价

0-RTT 数据的安全性是明显弱于正常握手后发送的 TLS 数据的。

尤其是以下几点：

  1. 这些数据的不是前向保密的(forward secret)。 因为加密这些数据的密钥是从 PSK 直接生成的。
  2. 不能保证这些数据在不同链接上不会被重播(replay)。 1-RTT 数据的防止重播 的机制是依赖于 ServerHello.Random 的值，而 0-RTT数据的加密不依赖于这个值，因此没有这样的保护。

实例

image-20241114174708164

1-5 是前一个连接， 主要是为了获取 PSK, 这里的 PSK 由服务器端发送的 New Session Ticket 得到。

6-9 是当前连接(一条新的连接)。 我们注意到红框圈起来的部分便是 0-RTT 数据。 它是直接跟在 Change Cipher Spec 之后的， 也就是我们当前连接的 TCP 连接建立起来之后， 直接便发送 Client Hello, Change Cipher Spec 和 0-RTT 数据， 而不需要等待 TLS 握手完成。

这里我们在第 6 步便把数据发送出去了， 第 8 步才是 TLS 握手成功的节点。

这里依然有一些细节需要注意，我们下面逐一解析：

[5] NewSessionTicket.early_data

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Handshake Protocol: New Session Ticket
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 82
        Handshake Protocol: New Session Ticket
            Handshake Type: New Session Ticket (4)
            Length: 61
            TLS Session Ticket
                Session Ticket Lifetime Hint: 7200 seconds (2 hours)
                Session Ticket Age Add: 953680565
                Session Ticket Nonce Length: 8
                Session Ticket Nonce: 0000000000000001
                Session Ticket Length: 32
                Session Ticket: ....af85e4152440
                Extensions Length: 8
                Extension: early_data (len=4)
                    Type: early_data (42)
                    Length: 4
                    Maximum Early Data Size: 16384

第 5 步中的 New Session Ticket 携带了一个扩展 early_data, 用于表明当前 Session ticket 可以用于发送 0-RTT 数据。

并且这个 early_data 中携带一个 Maximum Early Data Size 表明服务器端愿意接收 0-RTT 数据的最大值，超过这个值会被拒绝。 （这也就是我们开始说可以发送“一部分数据”的原因了， 不能像 1-RTT 那样发送任意数量的数据)

[6] ClientHello.early_data

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Handshake Protocol: Client Hello
        Content Type: Handshake (22)
        Version: TLS 1.0 (0x0301)
        Length: 309
        Handshake Protocol: Client Hello
            Handshake Type: Client Hello (1)
            Length: 305
            Version: TLS 1.2 (0x0303)
            Random: ...1081762b162
            Session ID Length: 32
            Session ID: ,,,8218132ba7
            Cipher Suites Length: 8
            Cipher Suites (4 suites)
            Compression Methods Length: 1
            Compression Methods (1 method)
            Extensions Length: 224
            ....
            Extension: early_data (len=0)
                Type: early_data (42)
                Length: 0
            Extension: pre_shared_key (len=91)
                Type: pre_shared_key (41)
                Length: 91
                Pre-Shared Key extension
                    Identities Length: 38
                    PSK Identity (length: 32)
                    PSK Binders length: 49
                    PSK Binders

early_data 扩展：这个扩展没有实际数据，就是一个标识符，表明当前握手过程中，客户端会发送 0-RTT 数据。

这里同时还要携带 pre_shared_key（这是前提）， 并且这是使用的 PSK 必须是从带有 early_data 扩展的 New Session Ticket 中计算得来的。

[7] EncryptedExtensions.early_data

Transport Layer Security
	TLSv1.3 Record Layer: Handshake Protocol: Encrypted Extensions
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 27
        [Content Type: Handshake (22)]
        Handshake Protocol: Encrypted Extensions
            Handshake Type: Encrypted Extensions (8)
            Length: 6
            Extensions Length: 4
            Extension: early_data (len=0)
                Type: early_data (42)
                Length: 0

early_data 扩展： 用于向客户端表明服务器端接受了客户端的 0-RTT 数据。

[8] EndOfEarlyData

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Handshake Protocol: End of Early Data
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 21
        [Content Type: Handshake (22)]
        Handshake Protocol: End of Early Data
            Handshake Type: End of Early Data (5)
            Length: 0

EndOfEarlyData 是客户端发送给服务器的一个消息， 用于表明自己的 0-RTT 数据已经发送完毕，解析来的数据将是平常的 TLS 加密的数据了。

这个消息也是空的，只是用于表明自己 0-RTT发送完毕了。

实例: 0-RTT数据被拒绝

也存在一些场景，客户端发送的 0-RTT 数据不被服务器端接受.这里我们来看看响应的流程.

(这里我是用一个过期的 PSK 来模拟这种场景的)

image-20241115092807300

在步骤 1 中, 我们依然是发送 ClientHello 以及相应的 0-RTT 数据(Application Data 中)

ClientHello 中依然携带 pre_shared_key 和 early_data 扩展. 但是这里的 pre_shared_key 是已经过期了. 因此,此次 TLS 会话恢复(Session resumption) 会失败,因此服务器端无法正常解密我们的 0-RTT 数据,因此拒绝接受它.

在步骤 2中, 服务器回复的 Encrypted Extensions 中便没有携带 early_data 扩展, 以表示不接受我们的 0-RTT 数据.

Transport Layer Security
    TLSv1.3 Record Layer: Handshake Protocol: Encrypted Extensions
        Opaque Type: Application Data (23)
        Version: TLS 1.2 (0x0303)
        Length: 23
        [Content Type: Handshake (22)]
        Handshake Protocol: Encrypted Extensions
            Handshake Type: Encrypted Extensions (8)
            Length: 2
            Extensions Length: 0

因为,客户端的 0-RTT 已经被明确的拒绝接受了,因此,客户端也不需要再发送 EndOfEarlyData 消息了.

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tls
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20
Published at:
September 25, 2025
Keywords:
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