Protokol

En protokolspecifikation har tre dele: syntaks (det præcise format for hver besked), semantik (hvad hvert felt betyder, og hvad modtageren skal gøre) og timing eller rækkefølge (hvilke beskeder der må følge hvilke). Rækkefølgen defineres ofte som en endelig tilstandsmaskine; TCP-forbindelsens tilstande fra LISTEN og SYN-SENT til TIME-WAIT i RFC 9293 er det klassiske eksempel. Kodningen spænder fra faste binære felter (IP, TCP) over type-længde-værdi-strukturer (TLS-udvidelser, ASN.1 DER i X.509-certifikater) til tekstprotokoller som SMTP og HTTP/1.1, hvis grammatik skrives i ABNF (RFC 5234). IETF-specifikationer bruger BCP 14-nøgleordene MUST, SHOULD og MAY (RFC 2119 og RFC 8174) til at skelne mellem ufravigelige krav og anbefalinger, og et overraskende antal problemer med interoperabilitet og sikkerhed opstår netop i mellemrummet mellem SHOULD og MUST.

Protokoller er lagdelte: Hvert lag bruger tjenesten fra laget nedenunder og indkapsler sine data i det. OSI-referencemodellen (ISO/IEC 7498-1) har syv lag; internettets egen model, som beskrevet i RFC 1122, har fire: link, internet, transport og applikation. Standarderne kommer fra forskellige organer: IETF udgiver RFC'er for internetprotokoller, IEEE definerer linklag som 802.3 og 802.11, W3C og WHATWG dækker webplatformens standarder, og fagspecifikke organer som HL7 definerer standarder for sundhedsdata som FHIR - den slags fælles protokol, eksemplet med laboratoriet bygger på. Protokoller kan være tilstandsfulde som TCP eller tilstandsløse som HTTP, hvor applikationerne genskaber tilstand med cookies eller tokens.

Jon Postels robusthedsprincip, "vær konservativ i det, du sender, og liberal i det, du accepterer" (RFC 761, senere RFC 1122), hjalp den tidlige interoperabilitet, men ses i dag kritisk. RFC 9413 (2023) argumenterer for, at tolerance over for afvigelser lader fejl slå rod og skaber forskelle i fortolkningen, som angribere udnytter. Et beslægtet problem er forkalkning (ossification): Mellemliggende udstyr, der afviser alt ukendt, gør det svært at videreudvikle protokoller. TLS 1.3 fremstår derfor på ledningen meget som en genoptaget TLS 1.2-session, og GREASE (RFC 8701) får klienter til at sende tilfældige reserverede værdier, så udvidelsespunkterne forbliver brugbare.

Mange sikkerhedsfejl er protokolfejl. Parsere, der stoler på et længdefelt, giver fejl som Heartbleed (2014, i OpenSSL's TLS heartbeat-udvidelse); to komponenter, der fortolker samme besked forskelligt, muliggør HTTP request smuggling; versionsforhandling uden beskyttelse mod nedgradering muliggjorde angreb som POODLE mod SSL 3.0; og gamle klartekstprotokoller som Telnet, FTP, SNMPv1/v2c med community strings eller LDAP simple bind uden TLS afslører legitimationsoplysninger for alle på vejen. Forsvaret omfatter fuzzing af protokolimplementeringer, formel analyse af designet (TLS 1.3 blev analyseret med værktøjer som Tamarin og ProVerif under standardiseringen), kortlægning af, hvilke protokoller der faktisk kører på netværket, ud fra flow-data, og deaktivering af forældede versioner.