Grundlagen – Uwe Gradenegger

Grundlagen: Deltasperrlisten

Um ausgestellte Zertifikate vor Ende ihrer Gültigkeitsdauer aus dem Verkehr ziehen zu können, werden Zertifikatsperrlisten (engl. "Certificate Revocation List", CRL) eingesetzt.

Hierbei handelt es sich um eine signierte Liste der Seriennummern von Zertifikaten, die von der Zertifizierungsstelle widerrufen wurden. Die Sperrliste hat ein (in der Regel wenige Tage kurzes) Ablaufdatum und wird von der zugehörigen Zertifizierungsstelle in regelmäßigen Abständen neu ausgestellt und signiert.

Zertifikatsperrlisten können bei einem hohen Volumen widerrufener Zertifikate eine beträchtliche Größe erreichen (als Faustregel kann man mit ca. 5 Megabyte pro 100.000 Einträgen rechnen). Der regelmäßige Download großer Zertifikatsperrlisten durch die Teilnehmer kann eine große Netzwerklast erzeugen. Um dieses Problem zu adressieren gibt es das Konzept der Deltasperrlisten.

Rollen in einer Public Key Infrastruktur

Für die Gestaltung einer Public Key Infrastruktur ist ein Verständnis der beteiligten Rollen essentiell.

Der Begriff "Public Key Infrastruktur" umfasst deutlich mehr als die technischen Komponenten und wird häufig missverständlich eingesetzt.

Zusammenfassend kann man sagen, dass es sich bei einer Public Key Infrastruktur um gleichfalls um eine Authentisierungstechnologie als auch die Gesamtheit aller beteiligten Komponenten handelt.

Grundlagen: Automatic Certificate Management Environment (ACME)

Das ACME Protokoll wurde von den Betreibern vom Projekt Let’s Encrypt entworfen, um die Ausstellung von Webserver-Zertifikaten zu automatisieren. Es ist spezifiziert in RFC 8555.

Zielstellung ist, den Vorgang des beweisens des Besitzes der DNS Ressource (IP-Adressen können aktuell nicht identifiziert werden, ist künftig aber geplant), jedoch nicht der Person oder Organisation die dahinter steht, zu automatisieren, um anschließend ohne menschliche Interaktion ein Webserver-Zertifikat beziehen zu können.

Grundlagen: Elliptische Kurven in Hinsicht auf ihre Verwendung in der Public Key Infrastruktur

Mit Windows Vista und Windows Server 2008 wurde die Cryptography API: Next Generation (CNG) in die Windows Systeme eingeführt.

Unter diesem Begriff wird eine Sammlung moderner kryptographischen Funktionen verstanden. Unter Anderem ermöglicht die CNG die Verwendung von Zertifikaten, welche auf elliptischen Kurven (auch Elliptic Curve Cryptography, ECC genannt) basierende Schlüssel verwenden, mit der Microsoft Zertifizierungsstelle und dem Windows Betriebssystem.

Das Datenbankschema der Zertifizierungsstellen-Datenbank

Möchte man Abfragen gegen die Zertifizierungsstellen-Datenbank formulieren, muss man zuerst wissen, wonach man suchen möchte.

Es gibt die Möglichkeit, das Datenbankschema der Zertifizierungsstellen-Datenbank ausgeben zu lassen.

Grundlagen: Die Key Usage Zertifikaterweiterung

Zertifikaterweiterungen wurden mit der Version 3 des X.509 Standards eingeführt. Die Key Usage Erweiterung ist eine optionale Zertifikaterweiterung, die im RFC 5280 definiert ist und dazu dient, die erlaubten Verwendungszwecke für einen Schlüssel zu begrenzen.

Grundlagen Onlineresponder (Online Certificate Status Protocol, OCSP)

Zertifikate verfügen in der Regel über die Erweiterung "CRL Distribution Points", anhand derer einer Anwendung mitgeteilt wird, wo die zum Zertifikat zugehörige Zertifikatsperrliste (Certificate Revocation List, CRL) zu finden ist.

Diese gleicht einem Telefonbuch: In ihr finden sich alle Seriennummern von von der Zertifizierungsstelle zurückgerufenen (und noch zeitgültigen) Zertifikaten. Jede Anwendung, die den Sperrstatus überprüft, muss die gesamte Sperrliste herunterladen und auswerten.

Mit zunehmender Größe wird dieses Verfahren immer ineffizienter. Als Faustregel gilt, dass 100.000 zurückgerufene Zertifikate bereits ca. 5 MB Dateigröße für die Sperrliste entsprechen.

Hierfür wurde (federführend von der Firma ValiCert) das Online Certificate Status Protocol (OCSP) entwickelt: Es gleicht einer Auskunft, bei der Anwendungen den Sperrstatus für einzelne Zertifikate anfragen können, und somit der Bedarf entfällt, die gesamte CRL herunterladen zu müssen. OCSP ist im RFC 6960 spezifiziert.

Grundlagen: Konfigurationsdatei für die Zertifizierungsstelle (capolicy.inf)

Die capolicy.inf beinhaltet grundlegende Einstellungen, die vor der Installation einer Zertifizierungsstelle festgelegt werden können oder sollten. Vereinfacht ausgedrückt kann man sagen, dass keine Zertifizierungsstelle ohne sie installiert werden sollte.

Grundlagen: Enroll on Behalf of (EOBO)

Nachfolgend eine Beschreibung der Enroll on Behalf Of Funktion sowie Abgrenzung zu anderen Methoden, Zertifikate zu beantragen.

Grundlagen: Einschränkung der Pfadlänge (Path Length Constraint)

Der Ende 2008 vorgeführte Angriff auf den MD5 Signaturalgorithmus konnte nur deshalb zur Erstellung eines nutzbaren gefälschten Zertifizierungsstellen-Zertifikats verwendet werden, da die angegriffene Zertifizierungsstelle keine Einschränkung der Pfadlänge konfiguriert hatte.

Die Einschränkung der Pfadlänge ist im RFC 5280 beschrieben. Die Idee dahinter ist, dass in der "Basic Constraints" Erweiterung eines Zertifizierungsstellen-Zertifikats die maximale Tiefe der Zertifizierungsstellen-Hierarchie hinterlegt wird.

Grundlagen Registrierungsdienst für Netzwerkgeräte (Network Device Enrollment Service, NDES)

Das Simple Certificate Enrollment Protocol (SCEP) wurde in den frühen 2000er Jahren von Verisign für Cisco entwickelt, um eine vereinfachte Methode zum Beantragen von Zertifikaten verwenden zu können. Zuvor musste für Netzwerkgeräte manuell eine Zertifikatanforderung auf jedem Gerät erzeugt, zu einer Zertifizierungsstelle übermittelt und anschließend das ausgestellte Zertifikat wieder manuell auf dem entsprechenden Gerät installiert werden.

Beschreibung der verschiedenen Zertifikat-Formate

X.509 Zertifikate sind grundsätzlich im Distinguished Encoding Rules (DER) Format kodiert. Hierbei handelt es sich um ein binäres, maschinenlesbares Format.

DER-kodierte Zertifikate können jedoch mit dem BASE64 Verfahren auch in ein textbasiertes Format überführt werden, sodass sie beispielsweise in einem E-Mail Body übertragen werden können. BASE64 umschließt hierbei das DER-kodierte Format, d.h. das Zertifikat ist und bleibt in jedem Fall DER-kodiert.

Grundlagen: Schlüsselalgorithmen, Signaturalgorithmen und Signaturhashalgorithmen

Bei der Planung einer Public Key Infrastruktur kommt die Frage auf, welche kryptographischen Algorithmen diese verwenden sollte.

Die wichtigsten Grundlagen werden nachfolgend erläutert.

Grundlagen: Auffinden von Zertifikaten und Validierung des Zertifizierungspfades

Um feststellen zu können, ob ein Zertifikat von einer als vertrauenswürdig eingestuften Zertifizierungsstelle ausgestellt wurde, muss eine Vertrauenskette (engl. Trust Chain) gebildet werden. Hierfür müssen alle Zertifikate in der Kette ermittelt und überprüft werden. Die Microsoft CryptoAPI bildet alle möglichen Zertifikatketten und liefert diejenigen mit der höchsten Qualität an die anfragende Anwendung zurück.

Grundlagen: Überprüfung des Sperrstatus von Zertifikaten

Soll ein gültiges, noch nicht abgelaufenes Zertifikat aus dem Verkehr gezogen werden, muss es widerrufen werden. Hierfür pflegen die Zertifizierungsstellen entsprechende Sperrlisten, in welchen die digitalen Fingerabdrücke der widerrufenen Zertifikate aufgelistet sind. Sie müssen bei der Gültigkeitsprüfung abgefragt werden.

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