QUIC이란 무엇인가요? 프로토콜 이해

QUIC 프로토콜은 어떻게 작동하나요?

QUIC은 UDP 위에 구축된 암호화된 전송 프로토콜입니다. UDP의 속도와 TLS와 같은 프로토콜의 보안을 결합하여 빠르고 안전한 인터넷 연결을 효과적으로 만들 수 있도록 설계되었습니다.

인증과 암호화가 TLS와 같은 상위 계층 솔루션에 의해 관리되는 기존 프로토콜과 달리 QUIC은 이러한 기능을 전송 계층에 직접 통합합니다.

따라서 QUIC은 최신 웹 트래픽에 더 빠르고 효율적으로 대응할 수 있습니다.

• 빠른 핸드셰이크 프로세스를 시작하여 보안 연결을 빠르게 설정하는 방식으로 작동합니다.
• 핸드셰이크가 완료되면 QUIC은 여러 개의 암호화된 데이터 스트림을 동시에 서버로 전송하여 지연 시간을 줄이고 성능을 개선합니다.

인증과 암호화를 모두 프로토콜 자체에 내장함으로써 QUIC은 UDP의 가벼운 장점을 유지하면서 보안 통신을 간소화합니다.

Fast Handshake

핸드셰이크는 모든 네트워크 프로토콜에서 중요한 부분입니다. QUIC은 TCP에서 사용되는 기존의 3자 핸드셰이크를 TLS 1.3 핸드셰이크의 인증 및 암호화 프로세스로 대체합니다.

이를 분석하기 위해 일반적인 TCP 연결에는 다음이 포함됩니다:

• SYN 패킷을 전송하는 클라이언트
• SYN-ACK패킷으로 응답하는 서버
• 클라이언트가 ACK 패킷으로 연결을 마무리하는 경우

이 3단계 프로세스는 데이터를 전송하기 전에 반드시 거쳐야 합니다.

QUIC은 UDP를 통해 작동하여 이러한 요구 사항을 제거합니다. UDP는 동일한 방식으로 연결을 설정할 필요가 없으므로, QUIC을 사용하면 UDP 호환 링크를 통해 데이터를 즉시 전송할 수 있어 지연 시간을 줄일 수 있습니다.

경우에 따라 QUIC은 0-RTT(제로 왕복 시간)로 알려진 첫 번째 연결 주기 동안 데이터를 전송할 수 있습니다. 서버에 클라이언트와 이전에 캐시된 연결이 있을 때 가능합니다. 그러나 0-RTT는 속도를 향상시키기는 하지만 항상 가장 안전한 옵션은 아니며 적절하게 처리하지 않으면 리플레이 공격에 데이터가 노출될 수 있습니다.

암호화

QUIC은 빠른 핸드셰이크 외에도 내장된 암호화를 도입했습니다. 기존에는 TCP를 통해 암호화는 TLS 프로토콜을 통해 개별적으로 처리되었으며, 버전과 암호 집합을 협상하기 위해 자체 핸드셰이크가 필요했습니다. 이 핸드셰이크를 통해 세션에 사용될 암호화 알고리즘과 프로토콜이 설정됩니다.

QUIC은 UDP를 기반으로 구축되었기 때문에 간소화된 아키텍처에 맞게 기존 TLS 핸드셰이크를 수정합니다. QUIC은 두 가지 특정 구성 요소로 래핑된 클라이언트 헬로(CHLO) 를 전송하여 이를 달성합니다:

• 초기 패킷
• 암호화 프레임

이 패키징을 사용하면 클라이언트가 전송하는 첫 번째 UDP 데이터그램에 암호화 핸드셰이크를 포함할 수 있습니다. 그 결과 전송과 암호화 핸드셰이크가 효율적인 단일 단계로 통합됩니다. 이 초기 교환 이후 QUIC은 TLS 1.3과 매우 유사하게 작동합니다.

이후 클라이언트와 서버 간의 모든 통신은 핸드셰이크의 세션 키를 사용하여 암호화됩니다.

패킷 순서

QUIC은 패킷이 끊기거나 순서와 다르게 도착할 수 있는 등 속도는 빠르지만 안정성이 떨어지는 프로토콜로 알려진 UDP를 기반으로 합니다. 반면 TCP는 안정성을 보장하지만 지연 시간이 길어지는 대가를 치릅니다. TCP에서는 하나의 스트림에서 오류가 발생하면 문제가 해결될 때까지 클라이언트의 모든 동시 스트림이 일시 중지됩니다.

QUIC은 데이터를 독립적인 스트림으로 구성하고 각 스트림이 자체 내부 패킷 순서를 유지하도록 함으로써 속도와 안정성 간의 균형을 맞춥니다.

하지만 QUIC은 서로 다른 스트림 간의 패킷 순서를 강제하지 않습니다.

예를 들어 스트림 A와 스트림 B라는 두 개의 스트림이 서버에서 클라이언트로 전송된다고 가정해 보겠습니다.

• 스트림 A. 스트림 A의 패킷이 손실되면 스트림 A가 독립적으로 재전송을 처리합니다.
• 스트림 B는 중단되지 않고 계속 진행되며 스트림 A의 손실에 영향을 받지 않고 전송을 완료할 수 있습니다.

이러한 수준의 스트림 독립성은 한 스트림의 패킷 손실로 인해 동일한 연결을 공유하는 다른 스트림이 지연될 수 있었던 HTTP/2와 같은 이전 프로토콜에 비해 크게 개선된 것입니다.

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