PKI (Public Key Infrastruktur)

PKI (Public Key Infrastruktur)

Stefan Conrad

Thilo Mende

Christian Weitendorf

Teil 1 - Die Einführung

Warum das Ganze?

Elementare Begriffsklärung

Was wollen wir ?

Blahblubb

Unterschrift

Blahblubb

jk23xgrk40b

Papierdokument Elektronisches Dokument

entspricht

Sicherheit im Datenverkehr

Sicherheit im Datenverkehr bedeutet

• Urheberschaft / Integrität empfangener undgesendeter Dokumente sicherstellen

• Vertraulichkeit der Inhalte sicherstellen

Beide Anforderungen sind unabhängig und könnengetrennt angewendet werden.

Papierdokument

Setzt sich aus Inhalt und beglaubigter Unterschriftzusammen. Die Unterschrift soll bestätigen:

• Urheberschaft des Dokumentes• Integrität des Dokumentes

Die Vertraulichkeit wird im Normalfall durch die ArtDer Versendung definiert.

Elektronisches Dokument

Besteht hauptsächlich aus seinem Inhalt.

Zur Sicherstellung der Urheberschaft und der IntegritätSind weitere Mechanismen erfoderlich

digitale Signatur

Vertraulichkeit wird erlangt durch

• Verschlüsselung vor der Übertragung oder• Übertragung auf vertraulichem Kanal

• Eindeutige Zuordnung eines Dokumentes zu einembestimmten Benutzer

• Garantiert Integrität des Dokumentes

• Ähnliches Verfahren wie asymmetrischeVerschlüsselung (Private- und Public-Key)

• Garantiert Authentizität des signierten Dokumentes

Begriff: digitale Signatur

Signatur (1)

Signatur (2)

Signatur (3)

Lücken des Beispiels

• Woher hat Bob den public-Key von Alice?

• Kann Bob sicher sein, dass der public-Key wirklich zu Alice gehört?

Public-Key Verteilung muss gewisse Anforder-ungen erfüllen

• Authentizität des Public Keys muss sichergestelltsein

• Verifizierbar durch Empfängerz.B. PGP-Verifizierung durch Benutzer anhandeines Fingerprints

Anforderung an Verteilung

Begriff: Zertifikat

• Bindung zwischen Benutzer und einem Schlüssel(Elektronische Beglaubigung)

• Schlüssel A gehört Benutzer B,keine Aussage über Vertrauenswürdigkeit von B

• Aber WER zertifiziert WEN ???? ...

• Persönlicher Kontaktschlecht skalierbar auf große Benutzergrupen

• Sicherer Kanal (Standleitung, ...)nicht immer verfügbar

• Vertrauenswürdiger Dritteram praktikabelsten

Möglichkeiten der Verteilung

„Zertifikate vonBenutzern“

Zertifikate von Benutzern (1)

• Gegenseitige Zertifizierung von Benutzern (z.B. PGP)

• Auf Key-Signing-Parties werden Informationen (Finger-prints) ausgetauscht / Identitäten überprüft

• Unpraktikabel bei verstreuten Benutzergruppen

• Keine festen Vertrauenspfade(Wem muss ich vertrauen ?)

Zertifikate von Benutzern (2)

• Qualität der Zertifikate unklar, da nicht alle Benutzer bekannt / unterschiedliche Zertifizierungsregeln

• Gültigkeit eines Zertifikates gegeben? (PGP)

• Widerruf von Schlüsseln / Zertifikaten problematisch

• Keine festen Regeln für die Verteilung der Zertifikate

Zertifikate von Instanzen (1)

• Übergeordnete Zertifizierungsinstanzen

• Verteilung von Zertifikaten über unsicheren Kanalmöglich (Signatur um Public-Key)

• Prinzipiell vertrauen müssen der Zertifizierungsinstanznur die Benutzer, nicht der Zertifikatsnehmer

• Feste Vertrauenspfade

• Meist allgemein anerkanntes Zertifikatsformat (X.509)

Zertifikate von Instanzen (2)

• Zertifizierungsinstanzen zertifiziert von„Policy Certification Authorities“

• PCA legen Zertifizierungsrichtlinien (Policy) fest, dieVorgaben enthalten zur Überprüfung der Identität

• Policy ist öffentlich, überprüfbar für jeden Benutzer

Signatur „die Zweite“ (1)

Signatur „die Zweite“ (2)

Instanz

Signatur „die Zweite“ (3)

Signatur „die Zweite“ (4)

Instanz

Widerruf von Zertifikaten (1)

• Z.B. Zertifizierungsschlüssel einer CA bei unkorrekterIdentitätsprüfung

• Nur Zertifizierer kann ein Zertifikat widerrufen

• Verteilung widerrufener Zertifikate über „CertificateRevocation List“

• Über unsichere Kannäle möglich, da von CA genauwie Zertifikate digital signiert

Widerruf von Zertifikaten (2)

• Aktualität der CRL muss sichergestellt sein

• Einführung des „Online Revocation Checking“

Teil 2 - Die Vertiefung

Zertifizierungsinstanzen &

Infrastrukturen

Merkmale einer Zertifizierungsinstanz Operiert nach festgelegten öffentlichen

Regeln (Policy) Verpflichtet Policy einzuhalten ( u.a.

gesetzlich) Vertrauenswürdigkeit wichtigstes Kapital Garantiert Richtigkeit der ausgestellten

Zertifikate

Dienstleistungen einer „Certification Authority“ (CA) Identitätsprüfung (Registrierung) Zertifizierung Bereitstellung und Verteilung von

Zertifikaten Sperrmanagement für zurückgerufene

und abgelaufene Zertifikate Ggf. Verlängerung abgelaufener

Zertifikate (Rezertifizierung)

Registrierung & Zertifizierung Registrierung :

Überprüfung der CA angegebenen Daten Minimal: proof of possession Kann von CA ausgelagert sein

Überprüfung vor Antragstellung Überprüfung im Auftrag der CA

Zertifizierung : Verschlüsselung mit privatem Schlüssel

Veröffentlichung der Zertifikate und CRL´s Durch CA selbst oder dritte i.a. der CA

Verzeichnisdienste E-mail / Post-Abonnement Online Abfrage (OCSP)

Bei Verteilung durch Dritte : Schwerpunkt kann auf Performance statt Sicherheit gelegt

werden Vertrauen ausschließlich durch Signatur der CA

Trustcenter Alle Dienstleistungen einer CA Weitergehende Dienste werden angeboten:

Erzeugung eines Schlüsselpaares Sichere Verwahrung des privaten Schlüssel des Users Archivierung abgelaufener Schlüssel

Benötigt deutlich mehr Vertrauen vom User als reine CA

Problem der Skalierbarkeit

Persönliche Identifikation bei Registrierung notwendig -> nähe zum Nutzer

vs. Sicherungsmaßnahmen für CA sehr

aufwendig -> zentrale Zertifizierung Lösung : Infrastrukturen aufbauen

Einzelne CA (1)

Zertifikate werden nur an User vergeben User akzeptieren nur Zertifikate und CRL von

der eigenen CA akzeptiert

Einzelne CA (2)

Vorteile: Einfachheit (keine Vertrauenspfade, direkte

Verifizierung)

Nachteile: Nur für kleine User-Gruppen geeignet Single Point of Failure

Basic Trust Lists (1)

Einfachste Erweiterung der „Einzelnen CA“ Keine Vertrauensverhältnisse zwischen CA´s User hat Trust List mit CA´s dessen Zertifikaten er

vertraut

Basic Trust Lists (2) Vorteile:

Keine Vertrauenspfade, nur einfache Zertifikate

Erweiterbarkeit durch Erweiterung der TrustList

Nachteile: Erweiterung der Trustlist sollte genau

überlegt sein Problem bei Kompromittierung einer CA

Zertifizierungshierarchien (1)

Alle User vertrauen der Root CA Alle CA´s (bis auf Root-CA) haben genau eine

übergeordnete CA CA verteilt Zertifikate an untergeordnete CA oder

direkt an User

Zertifizierungshierarchien (2)

Vorteile : Vertrauenspfade sind einfach zu konstruieren, Einfache Wiedereinbindung ausgefallener CAs

Nachteile : Bei Kompromittierung der Root CA Totalausfall

der Infrastruktur

Vertrauensnetz (1)

Auch „Web of Trust“ genannt CA sind direkt miteinander verbunden (peer-to-peer) CA zertifizieren sich gegenseitig Jeder User vertraut zumindest seiner CA

Vertrauensnetz (2)

Vorteile: Neue CA´s können leicht aufgenommen

werden Robust gegen Ausfall und Kompromittierung

Nachteile: Aufwendige Vertrauenspfad-Bildung

Hybrid PKI Architekturen Bisherige PKI:

PKI für ein Unternehmen oder eine Nutzergruppe

Hybrid Architekturen: Verbinden PKI-Strukturen untereinander

Extended Trust List

Erweiterung der Trust List auf Vertrauenpfade länger als 1 Pro PKI muß nur noch ein Point of Trust gesetzt werden Erhält sowohl Vor- als auch Nachteile der Trust List Komplexe Vertrauenpfad-Bildung

Cross-Zertifizierung Peer-to-peer

Verbindung zwischen jeweils einer CA der PKI

Jeder User hat genau einen Trust Point

Cross-Zertifizierung

Nicht der User, sondern Administrator entscheidet, ob andere PKI vertrauenswürdig ist

Pfadbildung komplex Nur für kleine Anzahl an PKI

geeignet

Bridge CA Bridge CA vergibt

Zertifikate an CA´s – nicht an einzelne User

Bridge ist nicht Trust Point sondern immer nur Zwischenstation bei Pfadbildung

Bridge CA Pfadbildung

einfacher als bei Cross-Zertifizierung

Auch für größere Anzahl an PKI noch überschaubar

Teil 3 - Die Ausführung

Zertifikate

Praktische Beispiele

X.509-Zertifikate

version v3

serialNumber 12

signature md5withRSAEncryption

issuer CN=UniHH_FBI Issuing CA

validity notBefore: 13.08.2002...

subject CN=webmail.infor...

subjectPublicKeyInfo

RSAEncryption/1024...

extensions SubjectAlternativeName...

signatureAlgorithm md5withRSAEncryption

signatureValue 39:37:

X.509-Zertifikate (2)• Das Standart-Format für Zertifikate• CCITT Empfehlung zur Authentifizierung in

X.500 Verzeichnissen (1988)• Codiert in ASN.1/DER• Heutzutage fast nur noch X.509v3, mit dieser

Version wurden Erweiterungen eingeführt• In RFC 2459 werden von der IETF für den

Einsatz im internet benötigte Erweiterungen definiert

• Jede Erweiterung kann als kritisch markiert werden

ASN.1-Types• Object identifiers (OIDs): eindeutige Objekte • RSA: 1.2.840.113549.1.1.1

Directory String: zur Speicherung von Text• PrintableString• TeletextString• BMPString• UTF8/UniversalString

Distinguished Names: hierarchischen Namensräume• X.500

Tamper-Evident Envelope• SignatureAlgorithm• ASN.1 OID des Algorithmus

• SignatureValue• Berechnete Signatur des ASN.1/DER

codierten Zertifikates• wird als bit-string gespeichert

Basic Certificate Content• SerialNumber• signature• issuer• validity• notBefore• notAfter

• subject• SubjectPublicKeyInfo

Extensions• SubjectType Extensions• CA oder Benutzer• Pfadlängenbeschränkung

• Name Extensions• Alternative Names• Name Constraints

• Key Attributes• Key Usage• Private Key Validity• Key Identifier

Extensions (2)• PolicyInformation• Certificate Policies• Policy Information• Policy Mapping• Policy Constraints

• Additional Information• CRL Distribution Points• Authority Information Access• Subject Directory Information

Empfehlungen für X.509• X.500 oder DNS als Distinguished Names• max. 3, für CAs 5 Jahre Gültigkeit• KeyUsageExtensions als „critical“ markieren• Policies als non-critical aufnehmen• Alternative Names und

SubjectInformationAccess ins Zertifikat aufnehmen

Speicherung der Zertifikate• Verzeichnisdienste( X.500/LDAP)• FTP• HTTP• E-Mail• Eine neuere Überlegung ist die Verteilung der

Schlüssel mit Hilfe von DNS

Probleme• Durch die Komplexität können leicht

Inkompatibilitäten entstehen• Probleme bei Namensvergleichen durch

unterschiedliche Codierungen• dadurch sind einige Extensions unbrauchbar• fehlende Timestamps beim Signieren• Viele Zertifikate werden für zu lange

Zeiträume ausgestellt

Gesetzliche Vorschriften

• Signaturgestz von 1997

• Eu-Richtlinie

• Signaturgesetz (SigG) von 2000

• Signaturverordnung

• Gesetz zur Anpassung der Formvorschriften (2001)

Signaturgesetz von 1997• Erstes Gesetz dieser Art weltweit• sehr strenge Anforderungen an CAs• Haftungsfragen, Gültigkeit und die

Gleichstellung der digitalen Signatur mit der Unterschrift wurden nicht behandelt

• CAs brauchten Genehmigung der RegTP• Auslöser für die Entwicklung der EU-Richtlinie

EU-Richtlinie• verbindliche gemeinsame Richtlinie für alle

EU-Staaten• soll für steigende Akzeptanz der digitalen

Signatur und die Öffnung des Binnenmarktes für CAs sorgen

• CAs brauchen keine Genehmigung mehr, dafür werden Haftungsregelungen eingeführt

• Es werden keine technischen Details sondern nur Begriffe und Eigenschaften definiert

Signaturgesetz (2001)• setzt die EU-Richtlinie um• unterscheidet (entprechend der EU-Vorgabe)

zwischen• elektronische Signatur• fortgeschrittene elektronische Signatur• qualifizierten Signatur

• definiert allgemeine Regelungen für CAs, es gibt:• angezeigte Zertifizierungsdienste• akkreditierte Zertifiezierungsdienste

Signaturverordnung• Enthält Anforderungen an CAs. Folgende

Themen werden behandelt:• Sicherheitskonzept• Identitätsprüfung• Inhalt der Zertifikate• Speicherung und Sperrung• Einstellung der Tätigkeit• Umgang mit ausländischen CAs

Anpassung der Formvorschriften

• regelt Änderungen u.a anderem im BGB• die bisherige Schriftform wird mit der

elektronischen Form gleichgestellt, somit kann fast alles auch digital Unterschrieben werden

• Ausnahmen sind unter anderem Kündigung des Arbeitsverhältnises, die Bürgschaft und die Eheschließung

• vor Gericht werden qualifizierten Signaturen grundsätzlich als Beweis akzeptiert

DNSSEC• Erweiterung des DNS-Protokolls, voll

abwärtskompatibel• es werden 3 neue Record-Types eingeführt:• „Key“ enthält den Public-Key für die Zone• „Sig“ zu jedem Reord existiert eine

Signatur, gespeichert unter dem sig-record• NXT enthält die für einen Host nicht

definierten Records

DNSSEC (2)• Der eigene Zonen-Schlüssel kann von der

Parent-Zone signiert werden. So entsteht eine Chain-of-Trust bis zu den Root-Servern, deren Public-Keys bekannt sein müssen

• DNSSEC ist in RFC 2535 definiert und mit BIND Version 9 erstmals implementiert

• nur die Antworten eine Servers sind signiert, es findet weder Verschüsselung noch Client-Authentifizierung statt

DNSSEC-Eintrag1H IN KEY 0x0100 3 1 (AQPFsXW3GQe5z4nvqG+V6tw3LdjDhzPXRBlI+Nky26gpZlbX LMJJnJsAjaSOw y0p7Cwkb8FyL 8QGGqrOtuDTILfr ) ;

1H IN SIG KEY 1 2 3600 20030207121434 20030108121434 8375 @ ( XzX2P+5+af3e84KhA54u5QdslLVaqLzA8541ApW90gV8kDK3 qIfq2KV4J+pCHsFqPV9DH

CI/zJsDH/WG4OkCcg== )

Fallbeispiel Gesundheitswesen

• 1992 wurde die Einführung eines Digitalen Abrechnungssystems vorgeschrieben

• Aufgrund der persönlichen Daten ist eine besondere Sicherung der nötig

• §301 SGB regelt den Inhalt der zu übertragenen Daten

• Eine Vereinbarung zwischen den Krankenkassen und den Krankenhäusern regelt den genauen Ablauf der gesicherten Übertragung, dabei orientiert man sich an den Vorgaben des BSI

Fallbeispiel (2)• Die Daten werden mit DES-CBC verschlüsselt• Der DES-Schlüssel wird mit MD5 gehasht und

anschließend mit RSA-768bit verschlüsselt• Es werden X.509v1 Zertifikate benutzt. Diese

werden in einer DB mit X.500-Namensgebung gespeichert, der Abgleich erfolgt mit LDAP

Fallbeispiel (3)• 4 Verbände bilden zusammen das PCA, diese

stellt Sicherheits und Zertifizierungsrichtlinien auf

• Die CAs werden von der PCA zertifiziert und bieten Trustcenter-Dienste an

• momentan existieren ca. 7000 Zertifikate• stark steigende Nachfrage in den letzten

Jahren

Probleme• Durch Einsatz von PEM können keine

Binärdaten übertragen werden, außerdem gab es anfangs Inkompatibilitäten

• Auch in der neuesten Fortschreibung werden die Algorithmen nicht an die Vorgaben des BSI angepasst, vom Einsatz von DES und MD5 wird abgeraten, bei RSA werden 1536 empfohlen

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