Let's Encrypt ja ACME-protokollan automatisointi

Let's Encrypt on Internet Security Research Groupin (ISRG) ylläpitämä ilmainen, automaattinen ja avoin varmenneviranomainen, joka käynnistettiin julkisena beetaversiona joulukuussa 2015. Se on myöntänyt yli 3 miljardia varmennetta ja lisännyt HTTPS:n käyttöä verkossa huomattavasti poistamalla julkisesti luotettujen TLS-varmenteiden hankkimiseen liittyvät kustannukset ja monimutkaisuuden.

Automated Certificate Management Environment (ACME) -protokolla, joka standardisoitiin vuonna 2019 RFC 8555:ssä, määrittelee, miten asiakkaat todistavat verkkotunnuksen hallinnan automaattisesti ja vastaanottavat varmenteita varmenneviranomaisilta. ACME korvaa manuaaliset verkkotunnuksen validointiprosessit kryptografisesti varmennetulla automaattisella vaihdolla, mikä mahdollistaa varmenteiden elinkaaren hallinnan ilman manuaalisia toimia.

HTTP-01-haaste varmistaa verkkotunnuksen hallinnan edellyttämällä, että ACME-asiakas sijoittaa tietyn tunnistetiedoston osoitteeseen "http://DOMAIN/.well-known/acme-challenge/TOKEN". Varmenneviranomainen noutaa tämän URL-osoitteen tunnisteen tarkistamista varten. HTTP-01 on helppo toteuttaa, mutta se edellyttää portin 80 olevan käytettävissä, eikä sitä voi käyttää jokerimerkkivarmenteisiin.

DNS-01-haaste varmistaa verkkotunnuksen hallinnan edellyttämällä, että ACME-asiakas luo DNS TXT -tietueen osoitteeseen "_acme-challenge.DOMAIN" ja määrittää sille tietyn arvon. Varmenneviranomainen kyselyttää DNS:ää tietueen tarkistamista varten. DNS-01 on ainoa haastetyyppi, joka tukee jokerimerkkivarmenteiden myöntämistä ("*.example.com"), ja se toimii myös silloin, kun verkkopalvelimet ovat palomuurien takana.

TLS-ALPN-01-haaste varmistaa verkkotunnuksen hallinnan TLS-tasolla käyttämällä mukautettua ALPN-protokollatunnistetta "acme-tls/1". ACME-asiakas tarjoaa portissa 443 tilapäisesti itse allekirjoitetun varmenteen, jonka erityiseen laajennukseen on sisällytetty haasteen tunniste. Tämä haaste toimii ilman käynnissä olevaa verkkopalvelinta ja tukee kuormantasausympäristöjä.

Certbot on Electronic Frontier Foundationin viite-ACME-asiakas Let's Encryptille. Se automatisoi koko varmenteen elinkaaren: verkkotunnuksen validoinnin, varmenteen myöntämisen ja automaattisen uusimisen. Certbot sisältää Apache- ja nginx-laajennukset, jotka määrittävät TLS-asetukset automaattisesti. Asentakaa se nykyaikaisissa Linux-jakeluissa komennolla "snap install --classic certbot".

Certbotin lisäksi on olemassa monia eri käyttötarkoituksiin sopivia ACME-asiakkaita. acme.sh on pelkkä shell-komentosarja-ACME-asiakas, jota käytetään laajalti kevyissä ympäristöissä. Caddy-verkkopalvelimessa on sisäänrakennettu ACME-tuki, ja se uusii varmenteet automaattisesti. Konttiympäristöissä käytettävä Traefik käsittelee ACME:n certificatesResolvers-määrityksensä kautta kontitetuille työkuormille.

Let's Encrypt -varmenteiden voimassaoloaika on tarkoituksella 90 päivää, mikä kannustaa automatisointiin ja pienentää vaarantuneiden yksityisten avainten aiheuttamaa altistusaikaa. Certbot asentaa systemd-ajastimen tai cron-työn, joka suorittaa komennon "certbot renew" kaksi kertaa päivässä ja uusii kaikki varmenteet, joiden vanhenemiseen on enintään 30 päivää. Manuaalinen uusiminen on huono käytäntö, joka johtaa käyttökatkoihin.

Let's Encrypt käyttää nopeusrajoituksia väärinkäytösten estämiseksi. Tärkeimmät rajoitukset ovat 50 varmennetta rekisteröityä verkkotunnusta kohden viikossa ja 5 päällekkäistä varmennetta viikossa. Myös epäonnistuneita validointiyrityksiä rajoitetaan (5 isäntänimeä kohden tunnissa). Kehityksen aikana Let's Encryptin staging-ympäristö tarjoaa rajattoman varmenteiden myöntämisen testivarmenneviranomaista vastaan; tämä varmenneviranomainen ei ole julkisesti luotettu.

Yksi ACME-varmenne voi kattaa useita verkkotunnuksia (Subject Alternative Names). "certbot --domains example.com,www.example.com,api.example.com" myöntää varmenteen, jossa on kolme SAN-tunnistetta. Jokerimerkkivarmenteet ("*.example.com") edellyttävät DNS-01-validointia ja kattavat kaikki yhden tason aliverkkotunnukset. Jokerimerkit eivät kata juuriverkkotunnusta (example.com) itseään, joten varmenteeseen on lisättävä ylimääräinen SAN-tunniste.

ACME-protokolla ei rajoitu Let's Encryptiin. Step-CA:n (smallstep), EJBCA:n ja HashiCorp Vaultin kaltaiset sisäiset varmenneviranomaiset voivat tarjota ACME-päätepisteitä sisäisten varmenteiden automatisointia varten. Näin julkisesti näkyville palveluille käytettyä samaa varmenteiden automaattista elinkaaren hallintaa voidaan soveltaa sisäiseen mTLS-infrastruktuuriin ja yksityisiin palveluihin.

Let's Encrypt tarjoaa ilmaisia varmenteita ACME-protokollan (RFC 8555) avulla. HTTP-01-haasteet toimivat muille kuin jokerimerkkivarmenteille portissa 80. DNS-01 mahdollistaa jokerimerkkivarmenteet todistamalla DNS-alueen hallinnan. TLS-ALPN-01 toimii ilman verkkopalvelinta. Certbot ja acme.sh automatisoivat koko elinkaaren. 90 päivän varmenteet edellyttävät automatisointia. Nopeusrajoitusten vuoksi testauksessa on käytettävä staging-ympäristöä.