Let's Encrypt e automazione del protocollo ACME

Let's Encrypt è un'autorità di certificazione (CA) gratuita, automatizzata e open source, gestita dall'Internet Security Research Group (ISRG) e lanciata in versione beta pubblica nel dicembre 2015. Ha emesso oltre 3 miliardi di certificati e ha aumentato significativamente l'adozione di HTTPS sul web, eliminando i costi e la complessità associati all'ottenimento di certificati TLS riconosciuti pubblicamente.

Il protocollo Automated Certificate Management Environment (ACME), standardizzato come RFC 8555 nel 2019, definisce il modo in cui i client dimostrano automaticamente la titolarità di un dominio e ricevono certificati dalle CA. ACME sostituisce i processi manuali di convalida del dominio con uno scambio automatizzato verificato crittograficamente, consentendo la gestione senza intervento manuale dell'intero ciclo di vita dei certificati.

La challenge HTTP-01 convalida la titolarità del dominio richiedendo al client ACME di inserire un file token specifico all'indirizzo "http://DOMAIN/.well-known/acme-challenge/TOKEN". La CA recupera questo URL per verificare il token. HTTP-01 è semplice da implementare, ma richiede che la porta 80 sia accessibile e non può essere utilizzata per i certificati wildcard.

La challenge DNS-01 convalida la titolarità del dominio richiedendo al client ACME di creare un record DNS TXT all'indirizzo "_acme-challenge.DOMAIN" con un valore specifico. La CA interroga il DNS per verificare il record. DNS-01 è l'unico tipo di challenge che supporta l'emissione di certificati wildcard ("*.example.com") e funziona anche quando i server web si trovano dietro firewall.

La challenge TLS-ALPN-01 convalida la titolarità del dominio a livello TLS utilizzando un identificatore di protocollo ALPN personalizzato, "acme-tls/1". Il client ACME fornisce temporaneamente un certificato autofirmato con il token della challenge in un'estensione speciale sulla porta 443. Questa challenge funziona senza un server web attivo e supporta gli ambienti con bilanciamento del carico.

Certbot è il client ACME di riferimento della Electronic Frontier Foundation per Let's Encrypt. Automatizza l'intero ciclo di vita dei certificati: convalida del dominio, emissione del certificato e rinnovo automatico. Certbot include plugin per Apache e nginx che configurano automaticamente le impostazioni TLS. Installi il programma tramite "snap install --classic certbot" nelle moderne distribuzioni Linux.

Esistono molti client ACME oltre a Certbot, destinati a diversi casi d'uso. acme.sh è un client ACME costituito esclusivamente da uno script shell, ampiamente utilizzato negli ambienti leggeri. Il server web Caddy integra ACME e rinnova automaticamente i certificati. Traefik, utilizzato negli ambienti containerizzati, gestisce ACME tramite la configurazione certificatesResolvers per i carichi di lavoro containerizzati.

I certificati Let's Encrypt hanno intenzionalmente un periodo di validità di 90 giorni, così da incoraggiare l'automazione e ridurre il periodo di esposizione delle chiavi private compromesse. Certbot installa un timer systemd o un processo cron che esegue "certbot renew" due volte al giorno, rinnovando ogni certificato la cui scadenza è prevista entro 30 giorni. Il rinnovo manuale è un anti-pattern che causa interruzioni del servizio.

Let's Encrypt applica limiti di frequenza per prevenire gli abusi. I limiti principali sono 50 certificati per dominio registrato alla settimana e 5 certificati duplicati alla settimana. Anche i tentativi di convalida falliti, 5 per hostname all'ora, sono soggetti a limiti di frequenza. Durante lo sviluppo, l'ambiente di staging di Let's Encrypt offre un'emissione illimitata di certificati tramite una CA di test che non è considerata attendibile pubblicamente.

Un singolo certificato ACME può coprire più domini (Subject Alternative Names). "certbot --domains example.com,www.example.com,api.example.com" emette un certificato con tre SAN. I certificati wildcard ("*.example.com") richiedono la convalida DNS-01 e coprono tutti i sottodomini di un solo livello. I wildcard non coprono il dominio radice (example.com), che deve quindi essere aggiunto come SAN aggiuntivo.

Il protocollo ACME non è limitato a Let's Encrypt. Le CA interne come Step-CA (smallstep), EJBCA e HashiCorp Vault possono esporre endpoint ACME per automatizzare i certificati interni. In questo modo, la stessa gestione automatizzata del ciclo di vita dei certificati utilizzata per i servizi pubblici può essere applicata all'infrastruttura mTLS interna e ai servizi privati.

Let's Encrypt fornisce certificati gratuiti tramite il protocollo ACME (RFC 8555). Le challenge HTTP-01 funzionano per i certificati non wildcard sulla porta 80. DNS-01 abilita i certificati wildcard dimostrando il controllo della zona DNS. TLS-ALPN-01 funziona senza un server web. Certbot e acme.sh automatizzano l'intero ciclo di vita. I certificati di 90 giorni richiedono l'automazione. I limiti di frequenza rendono necessario utilizzare l'ambiente di staging durante i test.