DNSSEC: DNS-vastausten todentaminen

Tietoturvatutkija Dan Kaminsky julkisti vuonna 2008 kriittisen hyökkäyksen DNS-resolvereita vastaan. Hyökkäyksessä hyödynnettiin DNS-vastausten pientä 16-bittistä tapahtumatunnistekenttää. Tulvimalla resolveri väärennetyillä vastauksilla, jotka sisälsivät satunnaisia tapahtumatunnisteita, hyökkääjä saattoi tilastollisesti onnistua löytämään laillista vastausta vastaavan tunnisteen ennen oikean vastauksen saapumista. Myrkytetty välimuisti ohjaa kaikki kyseisen resolverin käyttäjät hyökkääjän hallitsemille palvelimille viikoiksi, kunnes välimuisti vanhenee.

DNSSEC (DNS Security Extensions) lisää DNS-vastauksiin kryptografisen todennuksen. Jokaiseen DNSSEC-allekirjoitetun vyöhykkeen DNS-tietuejoukkoon liittyy digitaalinen allekirjoitus. Tarkistavat resolverit tarkistavat nämä allekirjoitukset ennen tietueiden hyväksymistä. Väärennetyllä tai muokatulla vastauksella on virheellinen allekirjoitus, joten se hylätään. DNSSEC suojaa välimuistin myrkytykseltä ja vastausten väärentämiseltä, mutta se ei salaa DNS-kyselyitä.

DNSSEC käyttää vyöhykekohtaista kaksitasoista avainhierarkiaa. Zone Signing Key (ZSK) -avainta käytetään yksittäisten DNS-tietuejoukkojen päivittäiseen allekirjoittamiseen. Key Signing Key (KSK) -avain allekirjoittaa vain DNSKEY-tietuejoukon, joka sisältää sekä ZSK:n että KSK:n julkiset avaimet. ZSK voidaan vaihtaa usein, esimerkiksi kuukausittain, kun taas KSK vaihtuu harvemmin, esimerkiksi vuosittain, koska KSK:n tiiviste on rekisteröitävä emovyöhykkeelle ja vaihto on toiminnallisesti monimutkaista.

Jokaisella allekirjoitetulla DNS-tietuejoukolla (RRset) on vastaava RRSIG-tietue, joka sisältää kyseisen RRsetin kryptografisen allekirjoituksen. Kun resolveri pyytää DNS-tietuetta, vastaus sisältää sekä tietueen että sen RRSIG-tietueen. Resolveri tarkistaa RRSIG:n vyöhykkeen julkisen avaimen avulla. Allekirjoitus kattaa tietueen sisällön, tyypin, luokan ja vanhenemisajan, mikä estää sekä muokkaamisen että vanhojen kelvollisten allekirjoitusten uudelleentoiston.

DNSSEC:n luottamusketju rakennetaan Delegation Signer (DS) -tietueiden avulla. Kun vyöhyke delegoi alivyöhykkeelle, emovyöhyke julkaisee DS-tietueen, joka sisältää lapsivyöhykkeen KSK:n tiivisteen. Emovyöhykkeeseen luottava resolveri voi tarkistaa, että lapsivyöhykkeen KSK:n tiiviste vastaa DS-tietuetta, jolloin lapsivyöhykkeen allekirjoituksiin voidaan luottaa. Ketju ulottuu DNS:n juurivyöhykkeeltä TLD-tasojen kautta yksittäisiin verkkotunnusvyöhykkeisiin.

Jokainen DNSSEC-allekirjoitettu vyöhyke julkaisee julkiset allekirjoitusavaimensa DNSKEY-tietueissa. DNSKEY-tietueita on yleensä kaksi: yksi ZSK:lle ja yksi KSK:lle. KSK:n julkisen avaimen tiiviste rekisteröidään DS-tietueena emovyöhykkeelle, mikä ankkuroi vyöhykkeen luottamuksen emovyöhykkeeseen. Juurivyöhykkeen KSK:n tiiviste on kovakoodattu tarkistaviin resolvereihin lopullisena luottamusankkurina, jota kutsutaan juurivyöhykkeen luottamusankkuriksi (Root Zone Trust Anchor).

DNSSEC-tarkistus alkaa juurivyöhykkeeltä, jonka KSK:n luottamusankkuri on kovakoodattu resolvereihin. Juurivyöhykkeen DNSKEY:tä käytetään sen RRSIG:n tarkistamiseen, mikä todentaa TLD-tunnusten, kuten .com:n, DS-tietueet. .com-vyöhykkeen DNSKEY tarkistaa yksittäisten verkkotunnusten DS-tietueiden RRSIG:n. Tämä kryptografinen tarkistusketju ulottuu juuresta kyselyn kohteena olevaan verkkotunnukseen ja varmistaa jokaisen linkin aitouden.

Kun DNSSEC-tarkistusta tekevä resolveri vastaanottaa vastauksen, se tarkistaa koko luottamusketjun. Se noutaa DNSKEY-tietueet, tarkistaa RRSIG-allekirjoitukset, seuraa DS-tietueita juuren luottamusankkuriin asti ja tarkistaa allekirjoitusten vanhenemisajat. Jos tarkistus epäonnistuu, resolveri palauttaa SERVFAIL-virheen mahdollisesti väärennettyjen tietueiden sijaan. Useimmat suuret julkiset resolverit, kuten Cloudflaren 1.1.1.1 ja Googlen 8.8.8.8, suorittavat DNSSEC-tarkistuksen.

DNSSEC:n käyttöönotto on ollut hidasta sen tietoturvaeduista huolimatta. Avainten vaihto edellyttää koordinointia vyöhykkeiden ylläpitäjien ja ylempien rekisterien välillä. Virhe KSK:n vaihdon aikana voi tehdä koko vyöhykkeestä saavuttamattoman. ICANN:n juuren KSK:n vaihto vuonna 2019 vaati vuosien valmistelun. Allekirjoitukset kasvattavat vyöhykkeen kokoa merkittävästi. Ylläpitäjien on toteutettava automaattinen avainten vaihto ja valvonta. Nämä toiminnalliset haasteet ovat saaneet monet pienemmät verkkotunnusten ylläpitäjät välttämään DNSSEC:tä.

Yleinen väärinkäsitys on, että DNSSEC suojaa DNS-kyselyiden yksityisyyttä. Se ei tee sitä. DNSSEC todentaa vain vastaukset; kyselyt ja vastaukset kulkevat edelleen salaamattomina UDP-paketteina portissa 53. Kuka tahansa verkkoa tarkkaileva voi yhä nähdä jokaisen kysellyn verkkotunnuksen. DNS-over-TLS (DoT) ja DNS-over-HTTPS (DoH) suojaavat kyselyiden yksityisyyttä salaamalla DNS-liikenteen. DNSSEC ja DoH/DoT täydentävät toisiaan: toinen tarjoaa aitouden ja toinen luottamuksellisuuden.

Vuonna 2024 noin 90 prosenttia DNS:n juurivyöhykkeestä ja tärkeimmistä TLD-tunnuksista oli allekirjoitettu DNSSEC:llä. Kuitenkin vain noin 20–30 prosenttia yksittäisistä verkkotunnuksista on allekirjoitettu. Selainten ja sovellusten DNSSEC-tarkistuksen käyttöönotto vaihtelee. DNSSEC:n tietoturvahyöty on suurimmillaan, kun se yhdistetään DANEen (DNS-Based Authentication of Named Entities), joka käyttää DNSSEC:tä TLS-varmenteiden sormenjälkien julkaisemiseen ja antaa asiakasohjelmille mahdollisuuden tarkistaa varmenteet tukeutumatta yksinomaan varmentajiin (CA:t).

DNSSEC lisää DNS-vastauksiin kryptografiset allekirjoitukset estääkseen välimuistin myrkytyksen ja vastausten väärentämisen. ZSK-avaimet allekirjoittavat tietuejoukot, KSK-avaimet DNSKEY-tietueet, ja DS-tietueet muodostavat luottamusketjun emo- ja lapsivyöhykkeiden välille. Tarkistus alkaa kovakoodatusta juurivyöhykkeen luottamusankkurista. DNSSEC ei salaa DNS-liikennettä; DoH ja DoT tarjoavat yksityisyyttä, kun taas DNSSEC tarjoaa aitouden. Toiminnallinen monimutkaisuus, kuten avainten vaihto, on hidastanut laajaa käyttöönottoa.