Let's Encrypt en automatisering van het ACME-protocol

Let's Encrypt is een gratis, geautomatiseerde en open certificaatautoriteit die wordt beheerd door de Internet Security Research Group (ISRG) en in december 2015 als publieke bèta werd gelanceerd. De organisatie heeft meer dan 3 miljard certificaten uitgegeven en de invoering van HTTPS op het web sterk versneld door de kosten en complexiteit van het verkrijgen van publiek vertrouwde TLS-certificaten weg te nemen.

Het Automated Certificate Management Environment (ACME)-protocol, in 2019 gestandaardiseerd als RFC 8555, beschrijft hoe clients automatisch domeineigendom bewijzen en certificaten van certificaatautoriteiten ontvangen. ACME vervangt handmatige domeinvalidatie door een cryptografisch geverifieerde, geautomatiseerde uitwisseling, waardoor je de levenscyclus van certificaten volledig automatisch kunt beheren.

De HTTP-01-uitdaging valideert domeineigendom door te vereisen dat de ACME-client een specifiek tokenbestand plaatst op "http://DOMAIN/.well-known/acme-challenge/TOKEN". De certificaatautoriteit haalt deze URL op om het token te verifiëren. HTTP-01 is eenvoudig te implementeren, maar vereist dat poort 80 toegankelijk is en kan niet worden gebruikt voor wildcardcertificaten.

De DNS-01-uitdaging valideert domeineigendom door te vereisen dat de ACME-client een DNS TXT-record aanmaakt op "_acme-challenge.DOMAIN" met een specifieke waarde. De certificaatautoriteit bevraagt DNS om het record te verifiëren. DNS-01 is het enige type uitdaging dat de uitgifte van wildcardcertificaten ondersteunt ("*.example.com") en werkt ook wanneer webservers achter firewalls staan.

De TLS-ALPN-01-uitdaging valideert domeineigendom op de TLS-laag met behulp van een aangepaste ALPN-protocolidentifier "acme-tls/1". De ACME-client stelt tijdelijk een zelfondertekend certificaat beschikbaar met het uitdagingstoken in een speciale extensie op poort 443. Deze uitdaging werkt zonder actieve webserver en ondersteunt omgevingen met taakverdeling.

Certbot is de referentie-ACME-client van de Electronic Frontier Foundation voor Let's Encrypt. De client automatiseert de volledige levenscyclus van certificaten: domeinvalidatie, uitgifte van certificaten en automatische vernieuwing. Certbot bevat plug-ins voor Apache en nginx die TLS-instellingen automatisch configureren. Installeer de client via "snap install --classic certbot" op moderne Linux-distributies.

Naast Certbot bestaan er veel ACME-clients voor verschillende toepassingen. acme.sh is een puur shellscript en wordt veel gebruikt in lichtgewichtomgevingen. De Caddy-webserver heeft ingebouwde ACME-ondersteuning en vernieuwt certificaten automatisch. Traefik, dat in containeromgevingen wordt gebruikt, verwerkt ACME via zijn certificatesResolvers-configuratie voor gecontaineriseerde werklasten.

Let's Encrypt-certificaten hebben bewust een geldigheidsduur van 90 dagen. Dit stimuleert automatisering en verkleint de periode waarin gecompromitteerde privésleutels kunnen worden misbruikt. Certbot installeert een systemd-timer of cron-taak die "certbot renew" twee keer per dag uitvoert en elk certificaat vernieuwt dat binnen 30 dagen verloopt. Handmatige vernieuwing is een antipatroon dat tot storingen leidt.

Let's Encrypt hanteert aanvraaglimieten om misbruik te voorkomen. De belangrijkste limieten zijn 50 certificaten per geregistreerd domein per week en 5 dubbele certificaten per week. Ook mislukte validatiepogingen zijn beperkt tot 5 per hostnaam per uur. Tijdens de ontwikkeling biedt de testomgeving van Let's Encrypt onbeperkte uitgifte van certificaten tegen een test-CA die niet publiek wordt vertrouwd.

Eén ACME-certificaat kan meerdere domeinen dekken (Subject Alternative Names). "certbot --domains example.com,www.example.com,api.example.com" geeft een certificaat uit met drie SAN's. Wildcardcertificaten ("*.example.com") vereisen DNS-01-validatie en dekken alle subdomeinen op één niveau. Wildcards dekken het hoofddomein zelf niet (example.com), waardoor een extra SAN nodig is.

Het ACME-protocol is niet beperkt tot Let's Encrypt. Interne CA's zoals Step-CA (smallstep), EJBCA en HashiCorp Vault kunnen ACME-eindpunten beschikbaar stellen voor interne certificaatautomatisering. Hierdoor kan hetzelfde geautomatiseerde beheer van de levenscyclus van certificaten dat voor publiek toegankelijke diensten wordt gebruikt, ook worden toegepast op interne mTLS-infrastructuur en privédiensten.

Let's Encrypt levert gratis certificaten via het ACME-protocol (RFC 8555). HTTP-01-uitdagingen werken voor niet-wildcardcertificaten op poort 80. Met DNS-01 kun je wildcardcertificaten uitgeven door controle over de DNS-zone te bewijzen. TLS-ALPN-01 werkt zonder webserver. Certbot en acme.sh automatiseren de volledige levenscyclus. Certificaten van 90 dagen vereisen automatisering. Aanvraaglimieten maken het noodzakelijk om tijdens tests de testomgeving te gebruiken.