Digitale Signaturen und Zertifikate

Eine digitale Signatur beweist, dass ein Dokument oder eine Nachricht von der Person erstellt wurde, die einen bestimmten privaten Schlüssel besitzt, und nicht verändert wurde. Anders als eine handschriftliche Unterschrift ist sie mathematisch an den Inhalt gebunden – jede Änderung macht die Signatur ungültig.

Signiervorgang:

1. Hash des Dokuments berechnen: H = SHA256(document)
2. Hash mit dem privaten Schlüssel verschlüsseln: sig = RSA_encrypt(H, private_key)
3. Signatur an das Dokument anhängen

Überprüfung: Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel entschlüsseln, Hash erneut berechnen und vergleichen.

Moderne Signaturalgorithmen:

• ECDSA (mit P-256) — verwendet in TLS-Zertifikaten und Bitcoin
• Ed25519 (EdDSA) — schneller, einfacher, keine Schwachstelle durch fehlende Zufälligkeit pro Signatur, verwendet in SSH und Signal

Bevorzugen Sie Ed25519 für neue Anwendungen.

Ein digitales Zertifikat (X.509) verknüpft einen öffentlichen Schlüssel mit einer Identität. Es enthält: Subject-Name, öffentlichen Schlüssel, Gültigkeitszeitraum, Aussteller und die digitale Signatur der CA. Wenn Sie HTTPS-Websites besuchen, präsentiert der Server sein Zertifikat, um seine Identität nachzuweisen.

Eine Certificate Authority (CA) ist eine vertrauenswürdige Instanz, die Zertifikate signiert, nachdem sie die Identität des Antragstellers überprüft hat. Vertrauensspeicher von Browsern und Betriebssystemen enthalten Zertifikate von Root-CAs. Vertrauensketten: Root-CA → Intermediate-CA → Endentitätszertifikat.

Let's Encrypt ist eine kostenlose, automatisierte CA. Sie stellt Domain-Validated-(DV-)Zertifikate aus, die 90 Tage gültig sind und über das ACME-Protokoll automatisch verlängert werden können. Seit 2015 hat sie die Verbreitung von HTTPS drastisch erhöht.

Validierungsstufen von Zertifikaten:

• DV (Domain Validated) — weist nur die Kontrolle über die Domain nach
• OV (Organization Validated) — überprüft, dass die Organisation existiert
• EV (Extended Validation) — strenge Identitätsprüfung (grüne Adressleiste, inzwischen in Browsern veraltet)

Kompromittierte Zertifikate müssen widerrufen werden:

• CRL (Certificate Revocation List) — herunterladbare Liste widerrufener Seriennummern
• OCSP (Online Certificate Status Protocol) — Echtzeitprüfung eines einzelnen Zertifikats
• OCSP Stapling — der Server fügt dem TLS-Handshake eine von der CA signierte OCSP-Antwort hinzu

Certificate-Transparency-Protokolle sind öffentliche, ausschließlich erweiterbare Aufzeichnungen aller ausgestellten Zertifikate. Browser verlangen in Zertifikaten einen Nachweis der Certificate Transparency. Dadurch lassen sich fälschlicherweise ausgestellte Zertifikate innerhalb weniger Stunden erkennen. Suche: crt.sh

Softwarehersteller signieren ausführbare Dateien mit Code-Signing-Zertifikaten. Das Betriebssystem überprüft die Signaturen vor der Ausführung. Dadurch wird verhindert, dass manipulierte Binärdateien unbemerkt ausgeführt werden. macOS Gatekeeper und Windows SmartScreen setzen Richtlinien für die Code-Signierung durch.

Certificate Pinning hinterlegt erwartete Zertifikate oder öffentliche Schlüssel fest in Anwendungen. Selbst wenn eine rogue CA ein gefälschtes Zertifikat ausstellt, weisen Anwendungen mit Pinning dieses zurück. Dieses Verfahren wird in mobilen Apps und besonders sicherheitskritischen Diensten eingesetzt. Aktualisierungen sind schwierig – verwenden Sie es mit Bedacht.

Welcher Mechanismus ermöglicht es Browsern, in Echtzeit zu prüfen, ob ein bestimmtes Zertifikat widerrufen wurde?

Digitale Signaturen beweisen mithilfe privater Schlüssel die Authentizität und Integrität. Zertifikate verknüpfen öffentliche Schlüssel mit Identitäten und werden von Certificate Authorities signiert. Let's Encrypt stellt kostenlose DV-Zertifikate bereit. Für den Widerruf werden CRL oder OCSP verwendet. Certificate-Transparency-Protokolle erkennen fehlerhaft ausgestellte Zertifikate. Ed25519 ist der moderne Signaturalgorithmus der Wahl.