サイトの HTTP3 化と DNS HTTPS RR および Alt-Svc Header によるアドバタイズ

h2o.config

サンプルに記載されていた設定は以下だ。

• https://github.com/h2o/h2o/blob/master/examples/h2o/h2o.conf#L14

まず、 listen directive の中で type: quic を指定するとそれだけで QUIC が有効になり、HTTP3 が動くようだ。そして、そのとおり実際に動く。

# The following three lines enable HTTP3
listen:
  <<: *ssl_listen
  type: quic
header.set: "Alt-Svc: h3-25=\":8081\""

ここで注意が必要なのは、ブラウザの挙動とディレクティブの順番だ。

例えば、本サイトではテスト用に http3.jxck.io を切り、そこで以下のように検証を試みた。

hosts:
  "jxck.io:443":
      listen: 443
      ...
  "jxck.io:80":
      listen: 80
      ...

  "http3.jxck.io:80":
    listen:
      port: 80
      pathes:
        "/":
      redirect:
        status: 308
        url: https://http3.jxck.io:443/

  "http3.jxck.io:443":
    listen:
      port: 443
      type: quic # for http3
      ssl:
        key-file: /keys/jxck.io/privkey.pem
        certificate-file: /keys/jxck.io/fullchain.pem
        minimum-version: TLSv1.2
        cipher-suite: "ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:..."
        cipher-preference: server
    header.add: "Alt-Svc: h3=\":443\";ma=60,quic=\":443\";ma=60"
    paths:
      "/":
        mruby.handler: |
          Proc.new do |env|
            [200, {}, ["http3"]]
          end

しかし、これではデプロイできない。mruby ハンドラ内の "http3" とだけ表示されるのを期待したが、実際には jxck.io の内容が表示される。

これは、ブラウザが Alt-Svc を見てから初めて QUIC 対応を知るため、1 回目のアクセスは通常通り HTTP1 or 2 で行い、UDP しか待ち受けてない http3.jxck.io では接続が確立できず、フォールバックとして TCP での接続を受け取れる jxck.io の内容が表示されているようだ。

つまり type: quic を指定した listener は、HTTP2 と HTTP3 を同時に受けるわけではなく、完全に HTTP3 のみを listen するフラグとなっていることがわかる。

したがって、HTTP3 だけではなく HTTP2 も並行して待ち受け、HTTP2 側で Alt-Svc を返し、2 回目の接続から HTTP3 にアクセスするように構成する必要がある。

hosts:
  "http3.jxck.io:443": # http2
    listen:
      port: 443
      ...
  "http3.jxck.io:443": # http3
    listen:
      port: 443
        type: quic
        ...

ところが、これでは http3.jxck.io:443 という Map のキーがかぶってエラーになる。ただし、今までサンプル通りに書いていたここの Port 番号は無くてもよいようなので、リダイレクト用の 80 も含めて以下のようにした。

hosts:
  "http3.jxck.io:80": # http1
    listen:
      port: 80
      ... # https へのリダイレクト
  "http3.jxck.io:443": # http2
    listen:
      port: 443
      ... # Alt-Svc の提供
  "http3.jxck.io": # http3
    listen:
      port: 443
        type: quic
        ...

これだとパス部分を 3 回コピーする必要がある。Yaml のエイリアスが使えるとは言え、ちょっと微妙だ。

と思ってドキュメントを眺めていたら以下の書き方でもいけることがわかった。Yaml 的にはアウトな気がするが listen は重複しても良いらしい。

• Listening to both HTTP and HTTPS · h2o/h2o Wiki (github.com)

hosts:
  "http3.jxck.io":
    listen:
      port: 443
      type: quic
      ...
    listen:
      port: 443
        ...
    listen:
      port: 80
    header.add: "Alt-Svc: h3=\":443\";ma=60,quic=\":443\";ma=60"
    paths:
      mruby.handler-file: .mruby.handler/hsts.rb
      ...

結果、H3 -> H2 -> H1 の順で listen を記述し、全体で Alt-Svc を付与すると、意図したデプロイができることがわかった。

とはいえもう 80 はリダイレクトのためだけに listen しているのでそこは分けるといかのようになる。

hosts:
  "http3.jxck.io:80":
    listen:
      port: 80
    paths:
      "/":
        mruby.handler: |
          Proc.new do |env|
            location = "https://http3.jxck.io:443"
            [308, {location: location}, []]
          end
  "http3.jxck.io":
    listen:
      port: 443
      type: quic
      ...
    listen:
      port: 443
        ...
    header.add: "Alt-Svc: h3=\":443\";ma=60,quic=\":443\";ma=60"
    header.add: "Strict-Transport-Security: max-age=31536000"
    paths:
      mruby.handler-file: .mruby.handler/hsts.rb
      ...

Cipher Suite

HTTP3 は TLS/1.3 を前提としており、使用できる Cipher Suite が限られている。それも踏まえて Cipher Suites の見直しも行った。

• RFC 8446 - The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.3
  • https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8446#section-9.1

まず、TLS/1.3 でマンダトリなのは以下だ。

• TLS_AES_128_GCM_SHA256 (MUST)
• TLS_AES_256_GCM_SHA384 (SHOULD)
• TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256 (SHOULD)

しかし、この 3 つだけでは TLS/1.2 でつながらない場面が予想されるため、互換用の Suite も対応が必要だ。こうした場合は、Mozilla の Wiki にある推奨設定が参考になる。

• Security/Server Side TLS - MozillaWiki
  • https://wiki.mozilla.org/Security/Server_Side_TLS#Intermediate_compatibility_.28recommended.29

推奨される Cipher Suite は以下。

0x13,0x01 - TLS_AES_128_GCM_SHA256         TLSv1.3  Kx=any   Au=any    Enc=AESGCM(128)             Mac=AEAD
0x13,0x02 - TLS_AES_256_GCM_SHA384         TLSv1.3  Kx=any   Au=any    Enc=AESGCM(256)             Mac=AEAD
0x13,0x03 - TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256   TLSv1.3  Kx=any   Au=any    Enc=CHACHA20/POLY1305(256)  Mac=AEAD
0xC0,0x2B - ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256  TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=ECDSA  Enc=AESGCM(128)             Mac=AEAD
0xC0,0x2F - ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256    TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=RSA    Enc=AESGCM(128)             Mac=AEAD
0xC0,0x2C - ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384  TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=ECDSA  Enc=AESGCM(256)             Mac=AEAD
0xC0,0x30 - ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384    TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=RSA    Enc=AESGCM(256)             Mac=AEAD
0xCC,0xA9 - ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305  TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=ECDSA  Enc=CHACHA20/POLY1305(256)  Mac=AEAD
0xCC,0xA8 - ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305    TLSv1.2  Kx=ECDH  Au=RSA    Enc=CHACHA20/POLY1305(256)  Mac=AEAD
0x00,0x9E - DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256      TLSv1.2  Kx=DH    Au=RSA    Enc=AESGCM(128)             Mac=AEAD
0x00,0x9F - DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384      TLSv1.2  Kx=DH    Au=RSA    Enc=AESGCM(256)             Mac=AEAD

結果、できあがった h2o.conf が以下だ。

• https://github.com/Jxck/jxck.io/blob/master/h2o.conf

Alt-Svc HTTP Header

Alt-Svc は HTTP3 のためだけではなく、「このサーバでは別のサービス(Alternate Service)を提供している」という旨をアドバタイズする仕様だ。

• RFC 7838 - HTTP Alternative Services
  • https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7838

今回はこれを HTTP3 のアドバタイズにのみ使用している。

Alt-Svc: h3=":443";ma=60,quic=":443";ma=60"

実装中は h3-25 などのように Draft のバージョンを付与したネゴシエーションも行われていたが、現状の Chrome Stable (M97)では h3 のみで動作することを確認している。本来後ろの quic もいらないように思うが、なんとなく残している。

ma は Max-Age であり、本来はもっと長い時間にするべきだが、デバッグ中なので短くしている。

他にも persist や clear があるが、今回は使ってないため挙動は確認してない。

指定する Port だが、例えばこれを h3=:4433 などとして TCP-TLS 用の 443 とは別に QUIC のサーバを建てることもできるという仕様になっている。したがって、最初は以下のようにしていた。

hosts:
  "http3.jxck.io:443": # http2
    listen:
      port: 443
      header.add: "Alt-Svc: h3=\":4433\";ma=60"
      ...
  "http3.jxck.io:4433": # http3
    listen:
      port: 4433
        type: quic
        ...

しかし、これでは動かない。

どうやら Chrome は特権 Port からの Alt-Svc は特権ポートでないと許可しないようだ。つまり 8080 -> 4433 はできるが 443 -> 4433 はできない。 8080 -> 443 もできない。

結果 UDP-QUIC と TCP+TLS は、実質どちらも 443 を使う必要があるため、前述のような構成になった。

これにより、HTTP2 で接続し、そこで Alt-Svc を受信したら、次のリクエストからは HTTP3 になる挙動を Chrome で確認した。

対応している DNS

ドメインを持っていれば、どこかしらに DNS の設定を書いていると思うが、DNS によっては選択できるレコードタイプが限定されているものがある。

筆者の場合は Sakura の DNS を利用していたが、ここではそもそも HTTPS Record が選択できなかったため、DNS を引っ越すところから始める必要があった。

そこで HTTPS Record Type に対応している Google Cloud DNS に引っ越すことにした。

Chrome での HTTP RR

しかし、このレコードを追加しただけでは Chrome では HTTP3 が動かない。

まず、Chrome はこの HTTPS RR への対応を開始しているが、現段階では前述の HSTS 用途のみで、HTTP3 のアドバタイズには対応してないようだ。

• Intent to Ship: HTTP->HTTPS redirect for HTTPS DNS records
  • https://groups.google.com/a/chromium.org/g/blink-dev/c/_wp024Ixvfk/m/dJi0uyG0BAAJ

したがって、現状 Chrome ではこれはできない。

Firefox での HTTP RR

代わりに Firefox は既に HTTP RR による HTTP3 に対応している。ところがこちらもデフォルトの設定のままではクエリが飛ばない。

これは、 HTTP RR は DoH に対応している必要がある というルールがあり、これが仕様なのか実装なのかは未確認だが、DoH に対応した DNS にクエリする場合のみ取得される。また、その設定も OS の DNS 設定を 1.1.1.1 などにするだけではなく、Firefox の設定画面から DoH を有効にする必要がある。DoH 有効時にプロバイダを選ばされ、ここでは Cloudflare を選択した。この時点で OS の DNS 設定は無視されているかもしれない。

設定が成功していれば、Firefox の about:networking#dnslookuptool からクエリを試すと、HTTPS RR が引けることが確認できる。