DNSSEC: аутентификация ответов DNS

В 2008 году исследователь Дэн Каминский сообщил о критической атаке на резолверы DNS. Атака использовала небольшое 16-разрядное поле идентификатора транзакции в ответах DNS. Если завалить резолвер поддельными ответами со случайными идентификаторами транзакций, атакующий мог с некоторой статистической вероятностью подобрать правильный идентификатор до прихода настоящего ответа. Отравленный кэш перенаправляет всех пользователей этого резолвера на серверы под управлением атакующего на протяжении нескольких недель, пока не истечёт срок действия кэша.

DNSSEC (расширения безопасности DNS) добавляет к ответам DNS криптографическую аутентификацию. Каждый набор записей DNS в зоне, подписанной DNSSEC, сопровождается цифровой подписью. Резолверы, выполняющие проверку, проверяют эти подписи перед принятием записей. Поддельный или изменённый ответ будет иметь недействительную подпись и будет отклонён. DNSSEC защищает от отравления кэша и подделки ответов, но не шифрует запросы DNS.

DNSSEC использует иерархию из двух ключей для каждой зоны. Ключ подписи зоны (ZSK) используется для повседневной подписи отдельных наборов записей DNS. Ключ подписи ключей (KSK) подписывает только набор записей DNSKEY, содержащий открытые ключи ZSK и KSK. ZSK можно часто менять, например ежемесячно, тогда как KSK меняется реже, например ежегодно, поскольку хеш KSK необходимо зарегистрировать в родительской зоне, а ротация этого ключа требует сложных операционных процедур.

Каждый подписанный набор записей DNS, называемый набором ресурсных записей, имеет соответствующую запись RRSIG, содержащую криптографическую подпись этого набора. Когда резолвер запрашивает запись DNS, ответ включает и саму запись, и её RRSIG. Резолвер проверяет RRSIG с помощью открытого ключа зоны. Подпись охватывает содержимое записи, её тип, класс и срок действия, предотвращая как изменение записей, так и повторное использование старых действительных подписей.

Цепочка доверия в DNSSEC строится с помощью записей DS, то есть записей подписи делегирования. Когда зона делегирует полномочия дочерней зоне, родительская зона публикует запись DS, содержащую хеш открытого ключа KSK дочерней зоны. Резолвер, доверяющий родительской зоне, может проверить, что хеш KSK дочерней зоны совпадает с записью DS, установив доверие к подписям дочерней зоны. Эта цепочка простирается от корневой зоны DNS через домены верхнего уровня до отдельных доменных зон.

Каждая зона, подписанная DNSSEC, публикует свои открытые ключи подписи в записях DNSKEY. Обычно публикуются две записи DNSKEY: одна для ZSK и одна для KSK. Хеш открытого ключа KSK регистрируется как запись DS в родительской зоне, связывая доверие к зоне с её родительской зоной. Хеш KSK корневой зоны заранее записан в резолверах, выполняющих проверку, как высший якорь доверия, называемый якорем доверия корневой зоны.

Проверка DNSSEC начинается с корневой зоны, якорь доверия KSK которой заранее записан в резолверах. DNSKEY корневой зоны используется для проверки её RRSIG, которая подтверждает подлинность записей DS для доменов верхнего уровня, таких как .com. DNSKEY зоны .com проверяет её RRSIG для записей DS отдельных доменов. Эта цепочка криптографических проверок простирается от корня до запрошенного домена, гарантируя аутентичность каждого звена.

Получив ответ, резолвер, выполняющий проверку DNSSEC, проверяет всю цепочку доверия. Он получает записи DNSKEY, проверяет подписи RRSIG, прослеживает записи DS до корневого якоря и проверяет сроки действия подписей. Если проверка не проходит, резолвер возвращает ошибку SERVFAIL, а не потенциально поддельные записи. Большинство крупных общедоступных резолверов, включая резолверы Cloudflare по адресу 1.1.1.1 и Google по адресу 8.8.8.8, выполняют проверку DNSSEC.

Внедрение DNSSEC идёт медленно, несмотря на преимущества этой технологии для безопасности. Ротация ключей требует координации между операторами зон и реестрами родительских зон. Ошибка при ротации KSK может сделать всю зону недоступной. Ротация KSK корневой зоны ICANN в 2019 году потребовала многолетней подготовки. Из-за подписей размер зоны значительно увеличивается. Операторы должны реализовать автоматическую ротацию ключей и мониторинг. Эти операционные сложности привели к тому, что многие небольшие операторы доменов отказались от DNSSEC.

Распространённое заблуждение состоит в том, что DNSSEC обеспечивает конфиденциальность запросов DNS. Это не так. DNSSEC только аутентифицирует ответы; запросы и ответы по-прежнему передаются в виде открытых пакетов UDP через порт 53. Любой, кто отслеживает сеть, может видеть каждое запрошенное доменное имя. DNS через TLS и DNS через HTTPS обеспечивают конфиденциальность запросов, шифруя трафик DNS. DNSSEC и эти протоколы дополняют друг друга: один обеспечивает аутентичность, а другие — конфиденциальность.

По состоянию на 2024 год примерно 90 процентов корневой зоны DNS и крупных доменов верхнего уровня подписаны с помощью DNSSEC. Однако подписано лишь около 20–30 процентов отдельных доменных имён. Поддержка проверки DNSSEC браузерами и приложениями неоднородна. Преимущества DNSSEC для безопасности особенно велики в сочетании с DANE (аутентификация именованных сущностей на основе DNS), который использует DNSSEC для публикации отпечатков сертификатов TLS и позволяет клиентам проверять сертификаты, не полагаясь только на центры сертификации.

Как резолвер, выполняющий проверку DNSSEC, устанавливает доверие к записям DNS домена с нуля?

DNSSEC добавляет к ответам DNS криптографические подписи, предотвращая отравление кэша и подделку ответов. ZSK подписывают наборы записей, KSK подписывают записи DNSKEY, а записи DS связывают доверие между родительскими и дочерними зонами. Проверка начинается с заранее записанного якоря доверия корневой зоны. DNSSEC не шифрует трафик DNS; DNS через HTTPS и DNS через TLS обеспечивают конфиденциальность, а DNSSEC — аутентичность. Операционная сложность, включая ротацию ключей, замедлила широкое внедрение технологии.