Public Key Infrastructure

Vertrauen herstellen

Wie zeigt ein Client sein Vertrauen in eine bestimmte Root CA an?

Ein Client zeigt sein Vertrauen in eine bestimmte Root-Zertifizierungsstelle (Certificate Authority, CA) über einen Prozess an, an dem die Vertrauenskette der Zertifikate beteiligt ist. So funktioniert es:

• Vorinstallierte Stammzertifikate: Die meisten Betriebssysteme und Webbrowser bringen eine Reihe vorinstallierter Stammzertifikate vertrauenswürdiger CAs mit. Diese Stammzertifikate liegen in einem vertrauenswürdigen Zertifikatsspeicher.
• Prüfung des Zertifikats: Verbindet sich ein Client mit einem Server, etwa beim Aufruf einer Website, legt der Server sein TLS-Zertifikat vor. Dieses Zertifikat ist typischerweise von einer Intermediate CA signiert, die ihrerseits von einer Root CA signiert ist.
• Prüfung der Vertrauenskette: Der Client prüft die Vertrauenskette, indem er kontrolliert, ob das vorgelegte Zertifikat von einer vertrauenswürdigen Root CA signiert ist. Außerdem prüft er, ob den Intermediate CAs in der Kette vertraut wird.
• Digitale Signaturen: Jedes Zertifikat in der Kette ist von der darüberliegenden CA digital signiert. Der Client prüft diese Signaturen mit dem öffentlichen Schlüssel der CA und stellt so sicher, dass die Zertifikate nicht manipuliert wurden.
• Vertrauensentscheidung: Ist die gesamte Vertrauenskette gültig und führt sie zurück zu einer vertrauenswürdigen Root CA, vertraut der Client dem Zertifikat des Servers. Die sichere Kommunikation kann dann fortgesetzt werden.

Welchen Vorteil bieten Intermediate CAs gegenüber einer einzelnen Root CA?

Für Infrastruktur-PKIs kann eine einzelne Root durchaus von Vorteil sein.

Wie bekommt eine Intermediate CA ihr Zertifikat?

Eine Intermediate-Zertifizierungsstelle (Certificate Authority, CA) erhält ihr Zertifikat über ein Verfahren, das Cross-Signing durch eine Root CA genannt wird. So funktioniert es:

1. Zertifikatsanforderung (Certificate Signing Request, CSR): Die Organisation, die eine Intermediate CA aufbauen will, erzeugt einen CSR. Dieser CSR enthält den öffentlichen Schlüssel und die Identitätsangaben der Intermediate CA.
2. Einreichung bei der Root CA: Der CSR wird bei einer vertrauenswürdigen Root CA eingereicht.
3. Prüfung: Die Root CA prüft Identität und Legitimität der Organisation, die das Intermediate-Zertifikat beantragt.
4. Signieren: Nach erfolgreicher Prüfung signiert die Root CA den CSR mit ihrem privaten Schlüssel und erzeugt so das Intermediate-Zertifikat. Dieses signierte Zertifikat verbindet die Intermediate CA mit der Root CA und stellt damit eine Vertrauenskette her.
5. Ausstellung: Die Root CA stellt der beantragenden Organisation das signierte Intermediate-Zertifikat aus, die damit anschließend Endzertifikate signieren kann, etwa TLS-Zertifikate für Websites.

Dieses Verfahren stellt sicher, dass der Intermediate CA aufgrund ihrer Verbindung zur Root CA vertraut wird, der Browser und Betriebssysteme bereits vertrauen.

Was ist eine Zertifikatskette? Wie funktioniert sie?

Eine Zertifikatskette, auch Vertrauenskette genannt, ist eine Abfolge von Zertifikaten, die Authentizität und Vertrauenswürdigkeit eines digitalen Zertifikats sicherstellt. So funktioniert sie:

• Prüfvorgang: Verbindet sich ein Client wie ein Webbrowser mit einem Server, legt der Server sein Endzertifikat vor. Der Client prüft dann die Zertifikatskette und stellt sicher, dass jedes Zertifikat vom jeweils nächsten Zertifikat der Kette signiert ist, bis hinauf zum Stammzertifikat.
• Vertrauenskette: Jedes Zertifikat der Kette wird mit dem öffentlichen Schlüssel des darüberliegenden Zertifikats geprüft. Das geht so weiter bis zum Stammzertifikat, dem der Client bereits vertraut.
• Vertrauen herstellen: Ist die gesamte Kette gültig und führt sie zurück zu einem vertrauenswürdigen Stammzertifikat, vertraut der Client dem Endzertifikat und die sichere Kommunikation kann fortgesetzt werden.

Dieses System stellt sicher, dass das Endzertifikat legitim ist und von einer vertrauenswürdigen Stelle ausgestellt wurde. So bleiben Integrität und Sicherheit der digitalen Kommunikation gewahrt.

Welches Problem soll die Erweiterung Basic Constraints lösen?

Die Erweiterung Basic Constraints in einem digitalen Zertifikat löst das Problem, verschiedene Arten von Zertifikaten und ihre Rollen innerhalb einer Public Key Infrastructure (PKI) voneinander zu unterscheiden. So funktioniert es:

• Kennzeichnung als Zertifizierungsstelle (CA): Sie legt fest, ob ein Zertifikat ein CA-Zertifikat oder ein Endzertifikat ist. Diese Unterscheidung ist entscheidend, denn CA-Zertifikate können weitere Zertifikate ausstellen, Endzertifikate dagegen nicht.
• Beschränkung der Pfadlänge: Sie kann die Anzahl der Intermediate CAs begrenzen, die in der Zertifikatskette unterhalb dieser CA liegen dürfen. Das verhindert übermäßig lange Zertifikatsketten, die ineffizient und potenziell unsicher sind.

Gelöste Probleme:

• Unberechtigte Ausstellung von Zertifikaten verhindern: Indem klar gekennzeichnet ist, welche Zertifikate als CA auftreten dürfen, wird verhindert, dass Endzertifikate weitere Zertifikate ausstellen. Das wahrt die Integrität der PKI.
• Länge der Zertifikatskette begrenzen: Die Begrenzung der Pfadlänge sorgt dafür, dass die Zertifikatskette überschaubar und sicher bleibt, und beugt möglichen Schwachstellen durch lange Ketten vor

Mit welchen Mechanismen löst sie diese Probleme?

Die Erweiterung Basic Constraints in einem digitalen Zertifikat nutzt die folgenden Mechanismen, um CA-Zertifikate von Endzertifikaten zu unterscheiden und die Länge der Zertifikatskette zu begrenzen:

• CA-Flag: Dieses Flag gibt an, ob das Zertifikat ein Zertifikat einer Zertifizierungsstelle (Certificate Authority, CA) oder ein Endzertifikat ist. Steht das Flag auf TRUE, kann das Zertifikat andere Zertifikate signieren, es ist also ein CA-Zertifikat. Steht es auf FALSE, ist es ein Endzertifikat und kann keine weiteren Zertifikate ausstellen.
• Beschränkung der Pfadlänge: Sie gibt an, wie viele nicht selbst ausgestellte Intermediate-Zertifikate diesem Zertifikat in einem gültigen Zertifizierungspfad höchstens folgen dürfen. Mit dieser Beschränkung begrenzt die Erweiterung die Länge der Zertifikatskette und sorgt dafür, dass sie überschaubar und sicher bleibt.

So arbeiten diese Mechanismen:

• CA-Flag: Bei der Ausstellung eines Zertifikats wird das CA-Flag entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck gesetzt. Bei der Prüfung eines Zertifikats kontrollieren Clients dieses Flag, um zu entscheiden, ob dem Zertifikat die Ausstellung weiterer Zertifikate zugetraut werden darf.
• Beschränkung der Pfadlänge: Dieser Wert wird während der Prüfung kontrolliert, um sicherzustellen, dass die Zertifikatskette die angegebene Länge nicht überschreitet. Ist die Kette zu lang, gilt das Zertifikat als ungültig.

Diese Mechanismen tragen dazu bei, Integrität und Sicherheit der Public Key Infrastructure (PKI) zu wahren, indem nur berechtigte Zertifikate weitere Zertifikate ausstellen dürfen und übermäßig lange Zertifikatsketten verhindert werden.