ID.nl logo
Huis

Hoe Google het web sneller en veiliger maakt met QUIC

Google heeft een netwerkprotocol ontwikkeld om verbindingen tussen browsers en webservers te versnellen: QUIC. Dat doet het protocol onder andere door het onderliggende protocol tcp te vervangen door udp. PCM legt uit hoe dat precies zit.

Het hele web is gebaseerd op http (hypertext transfer protocol), het applicatieprotocol dat afspreekt hoe een browser en webserver met elkaar communiceren. Maar dit is maar één protocol in een hele laag. Onder http werkt traditioneel het transportprotocol tcp (transmission control protocol). Dit is bekend om zijn betrouwbaarheid: het protocol garandeert dat gegevens aankomen. 

Bij het opzetten van een tcp-verbinding gebeurt er al een ‘3-way-handshake’: de zender stuurt een pakket naar de ontvanger, die stuurt een bevestiging terug, en daarna stuurt de zender daarop een bevestiging. En als de zender een pakketje stuurt en geen bevestiging terugkrijgt, stuurt hij het opnieuw.

Al die pakketjes die over en weer gaan, voegen extra vertraging aan elke verbinding toe. Bovendien voegt tls (transport layer security), de opvolger van ssl (secure sockets layer), ook nog eens een uitgebreide handshake toe om sessiesleutels en certificaten uit te wisselen. Zeker als je een versleutelde verbinding opzet, zit je dus talloze pakketjes over en weer te sturen nog voor je maar iets nuttigs kunt doen.

Verschil tcp en udp

Naast tcp is er nog een ander transportprotocol: udp (user datagram protocol). In tegenstelling tot tcp garandeert dat niet dat gegevens daadwerkelijk aankomen. Dit ‘onbetrouwbare’ protocol wordt veel ingezet in toepassingen waar het belangrijker is dat gegevens zo snel mogelijk overgedragen worden en het niet zo erg is dat een deel van de gegevens verloren gaat.

We merken lang niet altijd dat pakketjes verloren gaan

Denk daarbij aan videoconferencing of voip: we merken het waarschijnlijk niet eens als er wat pakketjes verloren gaan. Bij gebruik van tcp zou een verloren pakketje daarentegen opnieuw verstuurd worden en zou het beeld of geluid eventjes haperen door die vertraging.

Als een applicatieprotocol van udp gebruikmaakt en toch wil dat gegevens gegarandeerd aankomen, moet dat protocol zelf een methode daarvoor implementeren. In feite herimplementeert het zo een deel van de functionaliteit van tcp.

Zo werkt QUIC

Wat als je nu op het web tcp inruilt voor udp? Dan zouden de verbindingen al heel wat sneller opgezet worden. En dat is wat Google heeft gedaan: met het protocol QUIC (Quick Udp Internet Connections) neemt het opstarten van een verbinding én het afspreken van tls-parameters samen slechts één of twee pakketjes in. Het resultaat? Je kunt veel sneller een webpagina downloaden.

QUIC draait in de internetprotocolsuite dus boven udp, maar vervangt ook tls. Bovendien vervangt het nieuwe protocol een deel van http/2. Het hele verbindingsbeheer implementeert QUIC immers, en een stuk efficiënter dan het klassieke http. Wat overblijft van http/2 wordt in een http/2-api gestoken, die gebruikmaakt van QUIC.

©PXimport

Waarom udp?

Recentelijk zijn er allerlei inspanningen geleverd om het web te versnellen. In http/2 (zie kader) gebeurt dat bijvoorbeeld met multiplexing: als je een webpagina bezoekt, verlopen alle verbindingen tussen je browser en de webserver over één tcp-verbinding. Dus je browser hoeft niet meer voor elke afbeelding, css-bestand of javascript-bestand een nieuwe tcp-verbinding op te zetten met de bijbehorende vertraging.

Als alles goed gaat, werkt http/2 sneller dan zijn voorganger http/1.1. Maar omdat elk bezoek aan een webserver nu over één tcp-verbinding verloopt, vormt die verbinding een bottleneck. Tcp verwerkt immers alle pakketjes in dezelfde volgorde als ze verzonden zijn. Als de verzending van een pakketje mislukt, verstuurt de zender het pakketje opnieuw.

Udp is een 'onbetrouwbaar' protocol

De ontvanger wacht met het verwerken van de andere pakketjes tot het verloren pakketje arriveert. En hoe meer bestanden je over één tcp-verbinding downloadt, hoe groter de kans dat er ergens wel eens een pakketje verloren raakt en de verbinding dus tijdelijk blokkeert. Kortom: in goede omstandigheden is http/2 sneller dan http/1.1, maar in slechte omstandigheden trager.

Udp heeft dat probleem niet, omdat het een ‘onbetrouwbaar’ protocol is: het garandeert niet dat alle pakketjes aankomen. Als je QUIC boven udp gebruikt, legt een verloren pakketje dus niet de hele verbinding lam, maar heeft het alleen impact op het bestand waartoe het pakketje behoort.

Betrouwbaarheid QUIC

QUIC heeft dus de voordelen van http/2 zonder de bottleneck die tcp bij multiplexing introduceert. Maar geven we door het gebruik van udp nu niet te veel op? Je bent immers niet zeker of je gegevens correct worden overgedragen.

Dat klopt, en daarom implementeert QUIC zelf zijn eigen methode om te garanderen dat gegevens aankomen: forward error correction. Het is te vergelijken met raid5 voor opslag, maar dan voor netwerkpakketjes. Elk verzonden pakketje krijgt dus wat gegevens van andere pakketjes mee. Raakt er een pakketje verloren, dan kan QUIC de inhoud reconstrueren op basis van de andere pakketjes die wel zijn gearriveerd. Zo hoeft het pakketje niet opnieuw verzonden te worden.

De overhead van forward error correction is ongeveer 10 procent. Dat betekent dat QUIC voor elke 10 pakketjes die het verzendt, voldoende informatie meezendt om één verloren pakketje te reconstrueren. Dat lijkt inefficiënt, want je moet 10 procent extra pakketjes verzenden, wat ook extra tijd vraagt. Maar toch is dat nog altijd veel sneller dan verloren pakketjes opnieuw moeten sturen en wachten tot alle pakketjes binnen zijn.

QUIC is versleuteld

Een ander interessant aspect van QUIC is dat de verbinding altijd is versleuteld. QUIC herimplementeert immers de functionaliteit van tls. Zo implementeert het perfect forward secrecy (pfs). Dankzij die eigenschap is je eerdere communicatie nog altijd veilig als er een sessiesleutel uit een QUIC-verbinding wordt gecompromitteerd. Dat wil zeggen: uit een sessiesleutel kun je nooit de voorgaande sleutels afleiden.

QUIC beschermt ook tegen ip-spoofing

QUIC beschermt ook tegen ip spoofing, het vervalsen van het ip-adres van de zender. Daarvoor reikt de server aan de client een ‘source address token’ uit. De server versleutelt het ip-adres van de client en een timestamp van de server en bezorgt de client dat token. De server zendt dat token alleen aan het ip-adres dat in dat token zit. De server gaat ervan uit dat wie het token ontvangt, eigenaar is van het bijbehorende ip-adres. Op elk moment kan de server aan de client vragen om het token te sturen om te bewijzen dat het ip-adres van hem is.

De cryptografie in QUIC is overigens slechts een tussenoplossing. De ontwikkelaars hadden functionaliteit nodig die momenteel niet in tls aanwezig is. Op termijn zal de cryptografie worden vervangen door tls 1.3, waarin de benodigde zaken worden geïmplementeerd.

Goed, zo werkt QUIC dus. Het leuke is dat je er zelf al van kunt profiteren, althans als je de Chrome-browser gebruikt. Lees verder: QUIC inschakelen in Chrome om sneller te browsen. Ook nadelen komen aan bod.

▼ Volgende artikel
Ontslagen bij Ubisoft Toronto, Splinter Cell-remake nog wel in ontwikkeling
Huis

Ontslagen bij Ubisoft Toronto, Splinter Cell-remake nog wel in ontwikkeling

Ubisoft heeft bevestigd dat er ongeveer veertig werknemers van diens studio in Toronto, Canada worden ontslagen. Wel benadrukt het bedrijf dat de Splinter Cell-remake nog altijd in ontwikkeling is.

De veertig ontslagen werknemers beslaan ongeveer acht procent van de complete Ubisoft Toronto-studio. Dat is een van de grotere Ubisoft-studio's. "Dit besluit is niet lichtzinnig gemaakt en zegt niets over het talent, de motivatie en bijdrage van de individuen", zo stelde een woordvoerder.

Ubisoft Toronto heeft odner andere Far Cry 6, Splinter Cell: Blacklist en Watch Dogs Legion ontwikkeld. Ook werkt het al geruime tijd aan een remake van Splinter Cell. Ubisoft heeft benadrukt dat die remake in ontwikkeling blijft bij de studio.

Remake van Splinter Cell

In 2021 werd de remake van de klassieke stealthgame Splinter Cell aangekondigd. Sindsdien is er maar mondjesmaat informatie over de game naar buiten gekomen. Kort na de aankondiging werd gemeld dat het verhaal wordt herschreven voor een moderner publiek.

Eind vorig jaar bleek dat David Grivel terugkeerde naar Ubisoft Toronto om aan het spel te werken. Hij nam de regie van de remake oorspronkelijk op zich, maar vertrok in 2022. Inmiddels is hij dus weer terug op het oude nest en werkt hij weer aan het spel.

Watch on YouTube

Reorganisatie van Ubisoft

Afgelopen januari kondigde de Franse uitgever en ontwikkelaar Ubisoft al een grootschalige reorganisatie van het bedrijf aan, waarbij ook zes games werden geannuleerd - waaronder de remake van Prince of Persia: The Sands of Time.

Ubisoft noemde de reorganisatie een "grote organisatorische, operationele en portfolio-reset". Daarbij wil het bedrijf nog meer letten op de kwaliteit die het uitgeeft. Ubisofts nieuwe model gaat zich richten op verschillende 'creatieve huizen' die zich elk met andere soorten games bezighouden. Een daarvan is Vantage Studios, de vorig jaar met Tencent opgerichte dochteronderneming waar Assassin's Creed, Far Cry en Rainbow Six nu onder vallen.

Ubisoft heeft daarnaast aangekondigd dat het thuiswerken niet meer toelaat en dat alle werknemers worden geacht om fulltime op kantoor aanwezig te zijn. Wel krijgen werknemers een "een jaarlijkse toelage bestaande uit thuiswerkdagen". Twee studio's van Ubisoft sloten daarnaast hun deuren: de studio's in Halifax en Stockholm. Gedurende de volgende twee jaren wil het bedrijf nog eens 200 miljoen euro besparen.

Ubisoft heeft de laatste jaren wisselend succes met zijn games. Zo viel de verkoop van het miljoenenproject Star Wars Outlaws tegen. Zover bekend is het begin vorig jaar uitgekomen Assassin's Creed Shadows wel een verkoopsucces.

▼ Volgende artikel
De eerste volledige Toy Story 5-trailer is gearriveerd
Huis

De eerste volledige Toy Story 5-trailer is gearriveerd

Na een korte teaser vorig najaar is deze week de eerste volledige trailer van de aankomende animatiefilm Toy Story 5 uitgebracht.

In het vijfde deel van de uiterst succesvolle Pixar-animatiefilmreeks maakt het levende speelgoed kennis met de Lilypad. Dat is een tablet waar alle aandacht naar uit gaat en dus een bedreiging vormt voor het speelgoed.

Met dat concept speelt de film slim in op de hedendaagse tijd. Tablets en smartphones zijn immers niet meer weg te denken uit de hedendaagse maatschappij, ook onder de jeugd. Lilypad luistert zelfs altijd mee, een duidelijke referentie naar de vrees dat onze smartphones ook alles wat we doen vastleggen.

Woody, Buzz en het andere speelgoed dat we nog kennen uit de vorige vier Toy Story-films zal er in ieder geval een stokje voor proberen te steken. Hoe dat afloopt, is vanaf 19 juni in de Amerikaanse bioscopen. Vaak is de Nederlandse premièredatum een dagje eerder op donderdag - in dit geval 18 juni - en waarschijnlijk geldt dat ook voor Toy Story 5.

Watch on YouTube