Urzędy certyfikacji i łańcuchy zaufania

Szyfrowanie asymetryczne jest użyteczne tylko wtedy, gdy można ufać, że dany klucz publiczny rzeczywiście należy do osoby lub podmiotu, za który go Państwo uznają. Bez mechanizmu zaufania atakujący może przechwycić żądanie klucza publicznego innej osoby i podstawić własny — to klasyczny atak typu man-in-the-middle. Infrastruktura klucza publicznego (PKI) rozwiązuje ten problem, wprowadzając urząd certyfikacji (CA) — zaufaną stronę trzecią, która cyfrowo podpisuje certyfikaty wiążące klucze publiczne ze zweryfikowanymi tożsamościami. Jeśli ufają Państwo urzędowi CA, mogą Państwo ufać każdemu, kogo ten urząd poświadczył.

Urząd certyfikacji (CA) to organizacja, która wydaje certyfikaty cyfrowe po zweryfikowaniu tożsamości wnioskodawcy. CA podpisuje każdy certyfikat własnym kluczem prywatnym, dzięki czemu każdy, kto ufa urzędowi CA, może zweryfikować autentyczność certyfikatu za pomocą klucza publicznego tego urzędu. Wyróżniamy dwa typy: publiczne urzędy CA (takie jak DigiCert, GlobalSign i Let's Encrypt), których certyfikaty główne są fabrycznie instalowane w systemach operacyjnych i przeglądarkach, oraz prywatne (wewnętrzne) urzędy CA, które organizacje prowadzą samodzielnie na potrzeby wewnętrznego wydawania certyfikatów (VPN-y, usługi wewnętrzne, certyfikaty urządzeń).

Główny urząd CA jest najwyższym organem w hierarchii PKI. Certyfikaty głównych urzędów CA są podpisane samodzielnie — nie istnieje wyższy organ, który mógłby je zweryfikować. Zamiast tego certyfikaty główne są uznawane za zaufane, ponieważ dostawcy systemów operacyjnych (Microsoft, Apple, Mozilla) poddają główne urzędy CA rygorystycznym audytom i instalują ich certyfikaty w magazynach zaufanych certyfikatów. W typowym magazynie zaufania przeglądarki znajduje się około 130–150 zaufanych głównych urzędów CA. Jeśli główny urząd CA zostanie przejęty, każdy wydany przez niego certyfikat staje się podejrzany — dlatego klucze prywatne głównych urzędów CA są przechowywane w odłączonych od sieci, fizycznie izolowanych modułach bezpieczeństwa sprzętowego (HSM).

Główne urzędy CA rzadko wydają certyfikaty bezpośrednio podmiotom końcowym. Zamiast tego tworzą pośrednie urzędy CA (nazywane również podrzędnymi urzędami CA), wydając certyfikaty operatorom tych urzędów. Pośrednie urzędy CA wydają następnie certyfikaty podmiotów końcowych (na przykład certyfikaty serwerów HTTPS). Ta hierarchia delegowania ma kilka celów: chroni klucze prywatne głównych urzędów CA, przechowując je w trybie offline (jeśli pośredni urząd CA zostanie przejęty, unieważnieniu podlega tylko jego łańcuch certyfikatów, a nie cały główny urząd); umożliwia tworzenie wyspecjalizowanych urzędów CA dla różnych zastosowań (podpisywanie kodu i TLS); oraz pozwala odzwierciedlać hierarchię organizacyjną w prywatnej infrastrukturze PKI.

Łańcuch certyfikatów (lub łańcuch zaufania) to sekwencja certyfikatów prowadząca od certyfikatu podmiotu końcowego do zaufanego głównego urzędu CA. W przypadku typowej witryny HTTPS łańcuch wygląda następująco: Certyfikat podmiotu końcowego (np. *.google.com) → certyfikat pośredniego urzędu CA (np. Google Trust Services WR2) → certyfikat głównego urzędu CA (np. Google Trust Services LLC). Podczas odwiedzania witryny przeglądarka weryfikuje cały łańcuch — sprawdza, czy podpis każdego certyfikatu został utworzony przez poziom znajdujący się nad nim oraz czy główny urząd CA znajduje się w zaufanym magazynie. Każde przerwanie tego łańcucha powoduje błąd certyfikatu.

Gdy dwie niezależne hierarchie PKI muszą ustanowić wzajemne zaufanie, stosują certyfikację krzyżową. Każdy urząd CA wydaje certyfikat dla głównego urzędu drugiej hierarchii, ustanawiając zaufanie w obu kierunkach. Mostowy urząd CA to centralny urząd CA, który przeprowadza certyfikację krzyżową z wieloma urzędami CA poszczególnych domen, tworząc sieć zaufania między różnymi organizacjami lub agencjami rządowymi. US Federal Bridge CA łączy wiele systemów PKI administracji federalnej. Certyfikacja krzyżowa jest trudna w zarządzaniu, ale konieczna podczas łączenia organizacji lub ustanawiania zaufania między agencjami bez sprowadzania wszystkiego do jednej hierarchii.

Urząd rejestracji (RA) to podmiot, który przeprowadza weryfikację tożsamości w imieniu urzędu CA, ale sam nie wydaje certyfikatów. RA otrzymuje żądania certyfikatów, weryfikuje tożsamość wnioskodawcy (na podstawie dokumentów, walidacji domeny lub weryfikacji osobistej, zależnie od typu certyfikatu), a następnie przekazuje zatwierdzone żądania do urzędu CA w celu ich podpisania. Delegowanie tych zadań pozwala urzędom CA zwiększać skalę wydawania certyfikatów bez samodzielnego przeprowadzania całej weryfikacji. W firmowej infrastrukturze PKI urzędem RA może być dział HR lub dział pomocy technicznej IT, który zatwierdza żądania certyfikatów pracowników.

Urzędy CA oferują certyfikaty na różnych poziomach walidacji, odzwierciedlających dokładność weryfikacji tożsamości wnioskodawcy. Walidacja domeny (DV): urząd CA sprawdza tylko, czy wnioskodawca kontroluje domenę (proces automatyczny, trwający kilka minut, stosowany przez Let's Encrypt). Walidacja organizacji (OV): urząd CA weryfikuje prawną egzystencję organizacji (1–3 dni robocze). Rozszerzona walidacja (EV): najdokładniejsza weryfikacja — tożsamość prawną, adres fizyczny i faktyczne prowadzenie działalności (1–2 tygodnie, dawniej używana do wyświetlania zielonej nazwy firmy na pasku adresu przeglądarki). DV wystarcza do podstawowego szyfrowania, natomiast EV jest odpowiednia dla celów o wysokiej wartości, takich jak witryny bankowe.

Przypinanie certyfikatów to technika, w której aplikacja jest zaprogramowana tak, aby ufać wyłącznie określonemu certyfikatowi lub urzędowi CA, a nie dowolnemu certyfikatowi wystawionemu przez dowolny zaufany główny urząd CA. Zapobiega to atakom MITM nawet wtedy, gdy atakujący uzyska fałszywy certyfikat od zaufanego urzędu CA. Aplikacje mobilne i aplikacje wymagające wysokiego poziomu bezpieczeństwa wykorzystują przypinanie, aby akceptować wyłącznie certyfikaty własnych serwerów. Wadą jest to, że po wygaśnięciu przypiętego certyfikatu lub jego wymianie aplikacja przestaje działać do czasu jej aktualizacji. HPKP (HTTP Public Key Pinning) był mechanizmem przypinania na poziomie przeglądarki, który wycofano z powodu ryzyka błędnego wdrożenia.

Organizacje prowadzą własny prywatny urząd CA na potrzeby wewnętrznych certyfikatów — uwierzytelniania klientów VPN, wydawania certyfikatów dla wewnętrznych usług HTTPS, podpisywania kodu oraz uwierzytelniania urządzeń. Active Directory Certificate Services (AD CS) firmy Microsoft to najczęściej stosowany prywatny urząd CA w przedsiębiorstwach. Certyfikaty wewnętrznego urzędu CA należy dystrybuować do wszystkich urządzeń i przeglądarek, które muszą ufać certyfikatom wydanym wewnętrznie, zazwyczaj za pomocą zasad grupy. Prywatne urzędy CA nie mogą wydawać certyfikatów zaufanych w publicznym internecie — ich użycie ogranicza się do urządzeń organizacji, na których zainstalowano główny certyfikat prywatnego urzędu CA.

Przejęcie DigiNotar (2011) to najważniejszy incydent związany z urzędem CA, który powinni znać kandydaci zdający Security+. Holenderski urząd CA DigiNotar został zaatakowany, a napastnicy wystawili fałszywe certyfikaty dla domen Google, Mozilla i instytucji rządowych. Wykorzystano je w Iranie do przeprowadzania ataków typu man-in-the-middle na obywateli. W rezultacie wszyscy najwięksi dostawcy przeglądarek i systemów operacyjnych natychmiast usunęli DigiNotar ze swoich magazynów zaufanych certyfikatów głównych, unieważniając wszystkie certyfikaty kiedykolwiek wydane przez DigiNotar. W ciągu kilku tygodni DigiNotar ogłosił upadłość. Incydent ten pokazał, że przejęcie urzędu CA ma katastrofalne skutki, oraz wyjaśnił, dlaczego rekordy DNS CAA, Certificate Transparency i uwierzytelnianie wieloskładnikowe systemów urzędów CA są obecnie wymagane.

Sprawdź swoją znajomość zagadnień CompTIA Security+ (SY0-701) omówionych w tej lekcji.

W tej lekcji poznali Państwo następujące zagadnienia: urzędy certyfikacji wiążą klucze publiczne ze zweryfikowanymi tożsamościami; łańcuch zaufania biegnie od podmiotu końcowego przez pośrednie urzędy certyfikacji do samopodpisanego głównego urzędu certyfikacji; główne urzędy certyfikacji są przechowywane offline w modułach HSM i domyślnie darzone zaufaniem przez systemy operacyjne; a przejęcie urzędu certyfikacji (DigiNotar) może unieważnić miliony certyfikatów. Następnie omówimy strukturę certyfikatu X.509.