Zastosowania PKI: HTTPS, S/MIME i podpisywanie kodu

Infrastruktura klucza publicznego (PKI) stanowi niewidoczny fundament bezpiecznej komunikacji cyfrowej. Certyfikaty i urzędy certyfikacji, które zostały omówione, są codziennie wykorzystywane w dziesiątkach rzeczywistych scenariuszy. Egzamin Security+ sprawdza umiejętność rozpoznawania przypadków użycia PKI, rozumienia, jaki typ certyfikatu jest odpowiedni w danej sytuacji, oraz określania, jaką ochronę PKI zapewnia w każdym kontekście. Trzy najważniejsze przypadki użycia na egzaminie to HTTPS/TLS (bezpieczeństwo sieci WWW), S/MIME (bezpieczeństwo poczty elektronicznej) oraz podpisywanie kodu (integralność oprogramowania).

HTTPS (HTTP przez TLS) jest najbardziej widocznym zastosowaniem PKI. Po połączeniu z adresem https://bank.com przeglądarka: (1) otrzymuje certyfikat TLS serwera, (2) weryfikuje, czy łańcuch certyfikatów prowadzi do zaufanego głównego urzędu certyfikacji, (3) sprawdza nazwę hosta względem pól SAN, (4) weryfikuje, czy certyfikat nie został unieważniony, oraz (5) używa klucza publicznego w wymianie kluczy Diffiego-Hellmana w celu ustanowienia szyfrowanej sesji. Ikona kłódki w przeglądarce oznacza, że wszystkie te kontrole zakończyły się pomyślnie. Brak certyfikatu lub jego nieprawidłowość powoduje wyświetlenie ostrzeżenia przeglądarki, które powstrzymuje większość użytkowników przed kontynuowaniem.

S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions) wykorzystuje certyfikaty PKI do zapewnienia dwóch usług bezpieczeństwa poczty elektronicznej. Szyfrowanie: nadawca szyfruje treść wiadomości kluczem publicznym odbiorcy, dzięki czemu tylko odbiorca może ją odszyfrować — chroni to poufność nawet wtedy, gdy wiadomość zostanie przechwycona podczas przesyłania lub zapisana na przejętym serwerze. Podpisy cyfrowe: nadawca podpisuje wiadomość swoim kluczem prywatnym, potwierdzając odbiorcy, że wiadomość rzeczywiście pochodzi od nadawcy i nie została zmieniona — zapewnia to integralność i niezaprzeczalność. S/MIME wymaga, aby każdy użytkownik miał własny certyfikat wystawiony przez urząd certyfikacji.

Podpisywanie kodu wykorzystuje PKI do cyfrowego podpisywania oprogramowania — plików wykonywalnych, skryptów, sterowników i instalatorów — aby użytkownicy mogli sprawdzić, czy oprogramowanie pochodzi od zaufanego wydawcy i nie zostało zmodyfikowane. Dostawca oprogramowania podpisuje kod kluczem prywatnym pochodzącym z certyfikatu do podpisywania kodu, wystawionego przez zaufany urząd certyfikacji. Gdy użytkownik uruchamia oprogramowanie, system operacyjny weryfikuje podpis za pomocą klucza publicznego wydawcy z łańcucha certyfikatów. Windows SmartScreen, macOS Gatekeeper oraz sklepy z aplikacjami iOS/Android korzystają z podpisywania kodu w celu potwierdzenia pochodzenia oprogramowania. Niepodpisane oprogramowanie może zostać zablokowane lub wywołać ostrzeżenia bezpieczeństwa.

Uwierzytelnianie za pomocą certyfikatu klienta (nazywane również wzajemnym TLS lub mTLS) rozszerza standardowy model TLS, wymagając, aby również klient przedstawił certyfikat. W standardowym TLS tylko serwer jest uwierzytelniany za pomocą certyfikatu; w mTLS obie strony uwierzytelniają się wzajemnie. Mechanizm ten jest używany do: uwierzytelniania VPN (kart inteligentnych lub certyfikatów klienta zamiast haseł), uwierzytelniania API (uwierzytelniania maszyna-maszyna, gdy klientem jest usługa, a nie człowiek) oraz uprzywilejowanego dostępu administratorów (wymagania od administratorów korzystania z tokenów sprzętowych zawierających certyfikaty).

SSH wykorzystuje kryptografię klucza publicznego do dwóch celów: uwierzytelniania serwera i uwierzytelniania klienta. Uwierzytelnianie serwera: przy pierwszym połączeniu z serwerem SSH serwer przedstawia swój klucz hosta (klucz publiczny). Klient SSH zapisuje go w pliku ~/.ssh/known_hosts. Przy kolejnych połączeniach zmiana klucza hosta, która może wskazywać na atak MITM lub ponowne utworzenie serwera, powoduje wyświetlenie ostrzeżenia przez SSH. Uwierzytelnianie klienta: zamiast haseł administratorzy korzystają z par kluczy — klucz publiczny jest dodawany do pliku authorized_keys na serwerze, a klucz prywatny, który nigdy nie jest przesyłany, potwierdza tożsamość. Klucze hosta SSH różnią się od certyfikatów PKI, ale pełnią tę samą funkcję zaufania.

PKI umożliwia stosowanie prawnie wiążącego podpisywania dokumentów cyfrowych w wielu jurysdykcjach. Podpisy Adobe PDF, DocuSign oraz rządowe systemy podpisu elektronicznego wykorzystują certyfikaty PKI do podpisywania dokumentów. Ważnym uzupełnieniem podpisywania dokumentów jest znakowanie czasem: zaufany urząd świadczący usługi znakowania czasem (TSA) składa dodatkowy podpis na skrócie dokumentu, dodając zaufany czas i potwierdzając, że dokument istniał w określonym momencie. Znakowanie czasem jest również niezbędne przy podpisywaniu kodu — bez znacznika czasu podpisy kodu stają się nieważne po wygaśnięciu certyfikatu podpisującego, nawet w przypadku oprogramowania rozpowszechnianego przed wygaśnięciem certyfikatu.

Wraz z rozpowszechnianiem się urządzeń IoT PKI zapewnia mechanizm uwierzytelniania urządzeń na dużą skalę. Każde urządzenie otrzymuje podczas produkcji unikatowy certyfikat (proces ten nazywa się provisioningiem tożsamości urządzenia), dzięki czemu serwery mogą uwierzytelniać poszczególne urządzenia na podstawie ich certyfikatów. Umożliwia to między innymi potwierdzanie tożsamości przez inteligentny licznik wobec serwera dostawcy energii, uwierzytelnianie urządzenia medycznego w sieci szpitalnej oraz uwierzytelnianie floty pojazdów wobec zaplecza producenta. PKI dla IoT musi obsługiwać miliony urządzeń dysponujących ograniczonymi zasobami, co sprzyja stosowaniu certyfikatów ECC ze względu na ich niewielki rozmiar i szybką weryfikację.

Uwierzytelnianie VPN oparte na certyfikatach jest znacznie bezpieczniejsze niż uwierzytelnianie VPN oparte na hasłach. Każdy użytkownik lub urządzenie VPN otrzymuje certyfikat klienta wystawiony przez wewnętrzny urząd certyfikacji organizacji. Podczas łączenia brama VPN weryfikuje certyfikat klienta, sprawdzając, czy został wystawiony przez zaufany wewnętrzny urząd certyfikacji, pozostaje w okresie ważności i nie został unieważniony za pomocą CRL/OCSP. Gdy pracownik odchodzi z organizacji, unieważnienie jego certyfikatu natychmiast uniemożliwia dostęp do VPN — jest to bardziej niezawodne niż liczenie na to, że nie udostępnił on swojego hasła innym osobom.

Specjaliści ds. bezpieczeństwa muszą potrafić diagnozować typowe błędy certyfikatów. Certyfikat wygasł: minęła data notAfter — należy odnowić certyfikat. Niezgodność nazwy hosta: SAN certyfikatu nie odpowiada żądanej nazwie hosta — należy sprawdzić wartości CN i SAN; może być potrzebny certyfikat wieloznaczny lub certyfikat z wieloma wpisami SAN. Certyfikat z podpisem własnym: żaden urząd certyfikacji nie poświadczył tego certyfikatu — należy dodać go do lokalnego magazynu zaufania lub zastąpić certyfikatem podpisanym przez urząd certyfikacji. Niepełny łańcuch: serwer nie dostarczył certyfikatu pośredniego urzędu certyfikacji — należy skonfigurować serwer tak, aby wysyłał pełny łańcuch. Certyfikat unieważniony: CRL lub OCSP wskazuje unieważnienie — konieczna jest natychmiastowa reakcja na przejęcie klucza.

Dwa typy certyfikatów obsługują wiele nazw hostów. Certyfikat wieloznaczny obejmuje wszystkie poddomeny pierwszego poziomu danej domeny: *.example.com obejmuje www.example.com, mail.example.com i api.example.com, ale NIE obejmuje sub.api.example.com (dwa poziomy). Jeden certyfikat i jeden klucz prywatny dla wszystkich usług są wygodne, ale ryzykowne, ponieważ przejęcie klucza wpływa na wszystkie usługi. Certyfikat z wieloma wpisami SAN zawiera w rozszerzeniu SAN jawną listę wielu konkretnych domen, na przykład example.com, www.example.com i api.example.com. Zapewnia większą szczegółowość, ale wymaga aktualizacji certyfikatu po dodaniu nowych domen.

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

W tej lekcji poznali Państwo następujące zagadnienia: HTTPS/TLS wykorzystuje certyfikaty serwera do szyfrowania ruchu sieciowego i uwierzytelniania serwerów; certyfikaty S/MIME umożliwiają podpisywanie i szyfrowanie wiadomości e-mail; certyfikaty do podpisywania kodu potwierdzają integralność oprogramowania i tożsamość wydawcy; a certyfikaty klienta umożliwiają wzajemne uwierzytelnianie w sieciach VPN i interfejsach API. Następnie omówimy zasady haseł i uwierzytelnianie wieloskładnikowe.