2026/09/15 2:02

Cloudflare AKE は、オリジンの HelloRetryRequests を 52% から 3.7% に削減しました

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要約▶

Japanese Translation:

Cloudflare は、Automatic SSL/TLS の進化版である「Automatic Key Exchange」をローンチしました。本機能では、アルゴリズムの推測ではなく、各オリジンのサポートする鍵交換能力（X25519、P-256/384/521 ならびに X25519MLKEM768 などの中核量子耐性ハイブリッド）に対して能動的かつ帯外のプロビングを行うことで、TLS 1.3 のハンドシェイクを単一のラウンドトリップで完了させ、HelloRetryRequest（HRR）によるペナルティを排除します。システムは最も強い許容アルゴリズムを使用してトラフィックを処理し、利用可能であれば常に中核量子耐性ハイブリッドである X25519MLKEM768 を最優先します。

実際の実装において、この機能により HRR の発生率は約 52% から 3.7% に減少し、スキャンされたオリジンにおける p90 ハンドシェイクレイテンシーは 150 ms 以上削減されました。現在、100 万以上のドメインがスキャンされており、中核量子耐性対応のオリジンへの接続は手動設定なしで毎日増加しています。好ましさの重み付けは不活性なエンドポイントを忙しく利用されているものと同様に扱うのではなく、実際の HTTP トラフィック量に基づいてサブドメイン単位で行われます。

デフォルトでは Automatic Key Exchange は有効ですが、Cloudflare ダッシュボード上で無効化したり、コンプライアンスフィルタを適用して交渉を中核量子耐性ハイブリッドまたは FIPS 準拠アルゴリズムのみに限定したりすることが可能です。ただし、対応していないオリジンに対して PQ を強制すると接続失敗を引き起こします。2023 年 9 月以来、Cloudflare は PQ アルゴリズムのサポートを広告しており、2023 年の 0.5% から今日では約 12.8% へとオリジンの採用率が高まっています。また、中核量子耐性トラフィックは約 250 億から 450 億接続へと増加しています。初期のスキャンコホートにおいて、約 33% が X25519MLKEM768 を使用しているのに対し、残り約 64% は古典的な X25519 に留まっています。

本機能導入以前は、Cloudflare は PQ サポートを広告しましたが、レガシーミドルボックスとのマルチパケット ClientHello 問題を回避するためにデフォルトで古典的な X25519 キーシェアを送信しており、これは対応可能なオリジンにおいて不要に HRR ラウンドトリップを誘発していましたが、この問題は解決されました。現在では Cloudflare Radar を使用すれば、オリジンが中核量子耐性 TLS 鍵交換をサポートしているか確認でき、実装上のバグも検出・フラグできます。

今後の計画には、オリジン単位の粒度（サブドメインまたはオリジンごとに設定を変化させる）、ダッシュボードまたは API によるオンデマンドスキャンでアップグレード直後の即時更新を実現すること、および中核量子耐性認証証明書（ML-DSA）のサポートを検出することでダウングレード攻撃を防止するためのスキャン自動拡大などが含まれます。

本文

Cloudflare「自動鍵交換（Automatic Key Exchange）」の発表：推測から計測へ、セキュリティと速度を両立

Cloudflare は、オリジンサーバーとの TLS 1.3 接続確立プロセスを革新する新機能**「自動鍵交換（Automatic Key Exchange）」**を発表しました。これまでの手動設定や固定された推測方式から、各オリジンを個別に計測し最適化する仕組みへと進化しています。

現状の課題：なぜ「推測」が問題なのか

長年、インターネット上のすべてのオリジンに対して Cloudflare は鍵共有アルゴリズムとしてX25519を固定して推測してきました。しかし、実際には約**30%**のオリジン接続に対しては最適ではありませんでした。

この推測方式による課題は以下の通りです：

ハンドシェイクの遅延: 推測が間違えると、
```
HelloRetryRequest (HRR)
```
を受信しやり直す必要があり、往復2 RTTのコストがかかります。
ポスト量子耐性の未対応: 従来の静的な設定では、ポスト量子計算耐性（PQC）アルゴリズムを有効にするには手動設定が必要で、運用ミスや設定漏れが発生しやすかった。

「自動鍵交換」とは何か？

「自動鍵交換」は、自動 SSL/TLS 機能の拡張であり、「推測」を**「計測」**に置き換えるものです。

個別学習: 各オリジンをプローブ（計測）し、サポートされている鍵共有アルゴリズムとその優先順位を自動的に学習します。
最適化された接続: 学習した情報を持って最初の試行を行い、必要に応じて最速で安全なアルゴリズムを選択します。
- 優先順位の確保: オリジンが対応している場合は、ポスト量子計算耐性を持つハイブリッド方式X25519MLKEM768を優先的に採用します。

効果と実績

展開に伴う改善数は以下の通りです：

```
HelloRetryRequest
```
の発生率：約 52% → 3.7% に大幅低下。
ハンドシェイク遅延（p90 レベル）：150ms 以上削減。
ポスト量子耐性接続の拡大：数十万のドメインで設定なしにポスト量子耐性接続が実現し、毎日増加中。

TLS 1.3 ハンドシェイクと鍵共有アルゴリズム

すべての安全なウェブ接続は TLS ハンドシェイクから始まります。Cloudflare はリバースプロキシとして動作するため、ユーザーと Cloudflare、そして Cloudflare とオリジンの2 つの独立した接続があります。自動鍵交換は、後者の「Cloudflare とオリジンの間の接続」に影響を与えます。

ハンドシェイクの 2 つのパターン

ハッピーパス（成功）:
- プロトコルにより1 RTTで新しい暗号化接続が確立されます（TLS 1.3 の利点）。
- Cloudflare がオリジンにサポートされているアルゴリズムとクライアントキーシェアを送信し、すぐに承諾される場合。
その他の場合（失敗・リトライ）:
- オリジンが別のアルゴリズムを好む場合、
```
HelloRetryRequest (HRR)
```
  が返され、Cloudflare は再度試す必要があります。
- 追加のネットワーク往復が発生し、接続速度が遅くなります（Mario Kart のショートカットを見逃したような状態）。

クライアントキーシェアとパケットサイズ

X25519: キーシェアは32 バイト。古典的だが軽量。
X25519MLKEM768: ポスト量子耐性あり。キーシェアは1,216 バイトと非常に大きいため、ClientHello メッセージが複数のパケットに分かれる場合があります。

安全な推測のコストと変革

これまで、ポスト量子耐性のアルゴリズムを優先させるために「HRR を利用して古典的な X25519 からフォールバックさせる」という複雑な安全弁（安全装置）を利用していました。しかし、これには以下の無駄な遅延が発生しました：

サーバー側の処理差异: 新しいビルドは直ちに HRR を発行し、古いビルドは明示的に設定しないと古典的アルゴリズムを受け入れるため、不整合が生じる。
好ましくないアルゴリズムの存在: P-256 や P-384 を好むオリジン（約 6%）に対し、静的な初期推測が HRR を招いていた。

これら不要な往復を排除するため、Automatic SSL/TLS のスキャンパイプラインを活用し、各オリジンの正確な鍵共有機能をマッピング。その結果、ポスト量子耐性のある接続の数を最大化しつつ、サイトアウトエージ（不具合）を防いでいます。

Automatic Key Exchange の設定と準拠要件

機能はデフォルトで有効であり、ほとんどのセットアップでは手動操作を必要としません。

基本設定

有効化: デフォルトオン。Cloudflare はオリジンについてバンド外でスキャンし、動的に最適なキーシェアを選択します。
無効化: スキャン停止し、固定されたデフォルト順序に戻ります。

準拠要件（Compliance requirements）

設定により、発信できる鍵共有アルゴリズムを厳密に制限できます。両方同時に選択する場合のみ有効になります。

ポスト量子耐性ハイブリッド:
- ネゴシエーションをX25519MLKEM768だけに制限し、古典的アルゴリズムを完全に排除します。
- すべての TLS 1.3 接続がポスト量子耐性安全であることが保証されます。
Federal Information Processing Standards (FIPS):
- FIPS に準拠する鍵共有にのみ制限します。

注意: X25519MLKEM768 をサポートしないオリジンに対して「ポスト量子耐性ハイブリッド」を強制すると、相互運用可能なアルゴリズムが存在せず、すべての TLS 1.3 接続が失敗します。

インターネットをより安全で速くするための協力

Automatic Key Exchange の展開状況と効果：

現状の分布:
- 初期集団の約**64%**は古典的な X25519 を維持（変更なし）。
- 約**33%**は X25519MLKEM768 に設定され、量子攻撃から保護。
- 残り約**3%**は他の古典的カーブを選択。
HRR の回避: ポスト量子耐性のある起源で HRR なしで完了する割合は0% から 99.2% に向上。ポスト量子耐性 TLS 1.3 接続の 99.2% が単一 RTT で完了します。
トラフィック増加: 追加の往復を排除した結果、ポスト量子耐性オリジンへのトラフィックは約 250 億回/日 → 450 億回/日へ増加しています。

サーバーのサポート状況確認

Cloudflare Radar を使用して、サーバーがポスト量子耐性鍵共有をサポートしているか確認できます。

バグ検出: レガシーなミドルボックスやファイアウォールによるマルチパケット処理失敗、クライアントキーシェアの誤認識なども特定可能です。
アップグレード促進: 自動鍵交換は、チェックに失敗したオリジンの設定変更を促すため、セキュリティ向上に寄与します。

サーバーがまだポスト量子耐性に対応していない場合

オリジンサーバー自体がポスト量子耐性アルゴリズムをサポートしていなくても、Automatic Key Exchange は有効なアプローチです：

自動学習: サポートされているもの（例：X25519）を見つけ、互換性の高い古典的鍵共有を使い続けつつ、不要な HRR を回避します。
アップグレードオプション:
- Cloudflare Tunnelの活用：
```
cloudflared
```
  との間は自動的にポスト量子耐性を使用します（パブリックエンドポイントを変更できない場合に最適）。
- TLS エンドポイントのアップグレード:
```
X25519MLKEM768
```
  を有効にする。ただし、ロードバランサーや WAF などのミドルボックスも設定変更が必要であることを確認してください。

今後：ロードマップと展望

2024 年以来、Automatic SSL/TLS を構築し続けており、「自動鍵交換」はさらなる進化のためのステップの一つです。今後の主な取り組みは以下の通りです。

オリジン別粒度:
- 現在ドメイン全体での判断ですが、サブドメインや複数のオリジンサーバーごとの細かい粒度で鍵共有を変化させる計画です。これにより、一部のサーバーの遅れが全体を阻害することはありません。
オンデマンドスキャン:
- オリジンの TLS スタックを直近にアップグレードした場合、待機する時間を削減します。ダッシュボードまたは API から再スキャントリガーが可能になり、即時の状態確認と問題の特定を行えます。
自動ポスト量子耐性認証:
- 鍵共有だけでなく認証（証明書）自体のポスト量子耐性も検出・強制します。
- ダウングレード防止: 古典的な RSA/ECDSA と新しい ML-DSA を混在させるリスクに対し、自動的なフォールバック制御によりセキュリティレベルを維持します。

Cloudflare は、強力なセキュリティを無料、自動的、デフォルトでオンにする考え方を貫いています。「Universal SSL」がブラウザから Cloudflare への接続を暗号化し、「Automatic SSL/TLS」がその先へ達したように、今後はポスト量子耐性鍵共有も同様に自動的に実現されます。

オリジンの準備状況を確認したい場合は Cloudflare Dashboard の SSL/TLS セクションまたは Cloudflare Radar をご確認ください。

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