Fachhochschule Frankfurt am Main Fachbereich 2: Informatik WS 2008/2009. IT-Security. Teil 2: Zertifikate, X.509, PKI Dr.

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1 Fachhochschule Frankfurt am Main Fachbereich 2: Informatik WS 2008/2009 IT-Security Teil 2: Zertifikate, X.509, PKI Dr. Erwin Hoffmann

2 Einsatz von Zertifikaten Ein Zertifikat bescheinigt, dass ein Public Key zu einer bestimmten Person gehört Die Bescheinigung erfolgt durch eine vertrauenswürdige dritte Instanz, die die im Zertifikat enthaltenen Informationen digital unterschreibt Wichtige Zertifikatformate: X.509 (Version 1 bis 3) PKIX (X.509 mit zusätzlichen Erweiterungen) PKCS#6 (Verallgemeinerung von X.509) OpenPGP

3 Herkunft der X.509 Zertifikats Das Zertifikat X.509 entwickelte sich aus dem X.500 Standard der CCITT (ITO-T). Es wird heute vor allem unter Anwendung von RFC 2459 ("Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and CRL Profile") eingesetzt. Identifiziert wird ein Benutzer über seinen Distinguished Name DN: CN= Erwin Hoffmann O= Fehcom C= DE

4 X.509 Zertifikat Version of Certificate Certificate Serial Number Signature Algorithm for Cert Auth Issuer (CA) DN Valid Period of Certificate Subject of Cert (DN) Subject Public Key Information Algorithm Identifier Public Key Value X.509v1 X.509v2 X.509v3 Issuer Unique Identifier Subject Unique Identifier Optionale Angabe von Schüssel-, Policyund Benutzer-Attributen Extension Field (Variable) Certification Authority s Digital Signature DN of Subject = DN des Besitzers des Zertifikats DN of Issuer = DN der ausgebenden Zertifikats-Behörde

5 Varianten der X.509 Zertifikate Übliche Dateinamenserweiterungen für X.509-Zertifikate sind: CER: DER-kodiertes Zertifikat oder Zertifikatsfolgen CRT: DER- oder Base64-kodiertes Zertifikat DER: DER-kodiertes Zertifikat P12: PKCS#12, kann öffentliche Zertifikate und private Schlüssel (Kennwort-geschützt) enthalten. P7B: Siehe.p7c P7C: PKCS#7-signierte Datenstruktur ohne Dateninhalt, nur mit Zertifikat(en) oder Zertifikatsperrliste(n) PEM: Base64-kodiertes Zertifikat, umschlossen von -----BEGIN CERTIFICATE----- (Base64 kodiertes Zertifikat) -----END CERTIFICATE----- PFX: Siehe.p12

6 PKCS Standards PKCS #7 ist ein Standard zum Signieren und Verschlüsseln von Daten. Da das Zertifikat gebraucht wird, um die signierten Daten zu verifizieren, kann es in der SignedData -Struktur untergebracht werden. Eine.p7c-Datei ist der Speziallfall einer Datei, die keine Daten zum Signieren enthält, sondern nur die SignedData -Struktur. PKCS #12 entwickelte sich aus dem PFX(Personal information exchange)-standard und wird benutzt, um öffentliche und private Schlüssel in einer gemeinsamen Datei auszutauschen. Eine.PEM-Datei kann Zertifikate und/oder private Schlüssel enthalten, die von entsprechenden BEGIN/END-Zeilen umschlossen sind.

7 Vertrauensmodelle Leiten sich aus dem Umgang mit Schlüsseln und Zertifikaten ab Auswirkungen auf Durchsetzbarkeit von Policies Sperren von Zertifikaten Rechtliche Bedeutung Drei Arten Direct Trust Web of Trust Hierarchical Trust

8 Direct Trust Ablauf Anwender signiert eigenes Zertifikat Schlüssel müssen persönlich ausgetauscht werden Verifikation basierend auf Fingerprint über anderen Kommunikationskanal Auswirkungen Policies unmöglich durchsetzbar Schlüsselsperrung nicht möglich Zuordnung von Personen zu Schlüsseln nicht möglich Rechtlich keine Relevanz aufgrund der niedrigen Beweiskraft Beispiel OpenSSH verzichtet ganz auf Zertifikate und hinterlegt nur Public Key

9 Web of Trust Ablauf Jeder Benutzer signiert Zertifikate für andere Benutzer Aufbau von Vertrauensketten (a traut b, b traut c -> a kann c trauen, sofern dessen Zertifikat von b unterzeichnet wurde) Häufig Verwendung eines zentralen Servers zur Bereitstellung von Zertifikaten Auswirkungen Policies nicht durchsetzbar Schlüsselsperrung nicht möglich Rechtlich aufgrund der geringen Beweiskraft nicht ausreichend Beispiel PGP arbeitet nach diesem Vertrauensmodell

10 Hierarchisches Modell Ablauf Erstellung von Zertifikaten durch zentrale Instanz (CA) Benutzer wird in CA registriert und erhält Zertifikat Allen Benutzern ist der öffentliche Schlüssel der CA bekannt Auswirkungen Policies werden zentral durchgesetzt Schlüsselsperrung erfolgt zentral Rechtsverbindlich durch hohe Beweiskraft (bei akkreditierter CA) Anwendung Das Signaturgesetz sieht dieses Trust Model vor Aufbau Einstufig (flach) oder mehrstufig Cross- Zertifizierung (unabhängige CAs zertifizieren sich gegenseitig) Web- Model (viele unabhängig CAs) Signaturgesetz sieht zweistufige Struktur vor

11 Aufbau eines Trustcenters Ein Trustcenter stellt als vertrauenswürdige Instanz einen zentralen Teil einer PKI dar Im Trustcenter werden Zertifikate mit Public Keys digital signiert (digitale Ausweisbehörde) Aufbau in Anlehnung an BSI Richtlinien Zertifizierungseinheit (CA) Registrierungseinheit (RA) Personalisierungseinheit (PS) Schlüsselgenerierung (KG) Zertifikatsverzeichnis (DIR)

12 Ablauf der Zertifikateserzeugung (entsprechend BSI Vorgaben) Registration Authority: Beantragung eines Zertifikats bei der RA Key Generation: Die KG generiert einen neuen Schlüssel Certificate Authority: Die CA generiert aus dem Schlüssel und den persönlichen Informationen ein Zertifikat und signiert dieses Verzeichnisdienst: Mittels des DIR wird das generierte das Zertifikat der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt Personalisierungs-Einheit: Die PS speichert das Zertifikat und den Private Key auf ein Medium und händigt es dem Antragsteller aus Certificate Signing Request: Alternativ erfolgt die Schlüsselgenerierung beim Antragsteller, der einen CSR an die CA sendet

13 Ablauf der Zertifikatserzeugung im Trustcenter Beantragung eines Zertifikats bei der RA die KG generiert einen neuen Schlüssel die CA generiert aus dem Schlüssel und den persönlichen Informationen ein Zertifikat und signiert dieses DIR stellt das generierte das Zertifikat der Öffentlichkeit zur Verfügung PS speichert das Zertifikat und den Private Key auf ein Medium und händigt es dem Antragsteller aus Alternativ erfolgt die Schlüsselgenerierung beim Antragsteller, der einen Certificate Signing Request an die CA sendet

14 Schlüsselsperrung: Certificate Revocation Lists Wird ein Schlüssel gebrochen oder kompromittiert, so muß dieser umgehend gesperrt werden Verfahren zur Schlüsselsperrung: Online-Abruf von Zertifikaten: Zertifikate werden immer beim Verzeichnis angefragt, so daß Änderungen der Gültigkeit sofort bemerkt werden Veröffentlichung von Sperrlisten (CRLs): einfacher zu realisieren, Änderungen der Gültigkeit werden aber erst mit der nächsten CRL- Veröffentlichung wirksam Veröffentlichung der nicht gesperrten Zertifikate: unpraktikabel aufgrund der Benutzerzahlen, kein Vorteil gegenüber CRL Üblich: Online-Abruf oder CRLs

15 Aufbau einer CRL Generell wird die Gültigkeit eines Zertifikates mittels einer eingestanzten Lebensdauer garantiert. Sollten dennoch Zertifikate für ungültig erklärt werden, können diese auf einer Certificate Revocation List (CRL) eingetragen werden. Eine CRL hat einen ähnlichen Aufbau wie ein Zertifikat selbst und in ASN.1 kodiert. Jede CA führt ihre eigene CRL. Pro gesperrten Zertifikat wird folgende Information eingetragen: Seriennummer des gesperrten Zertifikate Signatur des Herausgebers (der CA) und Signaturalgorithmus Issuer (Herausgeber) des Zertifikates Ausstellungsdatum/Erneuerungsdatum des Zertifikates Die CRL ist wie jedes Zertifikat verschlüsselt, und mit dem Schlüssel der CA signiert. CRL führen i.d.r die Endung crl und können im PEM oder DER Format vorliegen (und müssen ggf. umgewandelt werden).

16 Zertifikats-Typen: Signierungs-Status von Zertifikaten Bei dem Zertifikaten unter TLS kann zwischen drei Typen unterschieden werden. Self-signed Zertifikate: Diese sind von keiner CA (Certificate Authority) beglaubigt. Für die SSL-Kommunikation können sie aber trotzdem zum Aufbau einen sicheren Übertragungskanals genutzt werden. Signierte Zertifikate, die sich mittelbar oder unmittelbar von den Root- Zertifikaten ableiten lassen. Pseudo-signierte Zertifikate, die zwar von einer CA beglaubigt wurden, sich aber nicht gegenüber einer Root-CAs verifizieren lassen. Zusätzlich kann das Zertifikat mit einer Passphrase versehen (gesichert) werden. Dies ist allerdings nur für persönliche Zertifikate üblich.

17 Theorem 4 Zertifikate können eingesetzt werden: 1. Zur sicheren, umkompromittierten Verschlüsselung der Kommunikation. 2. Zur Authentisierung des TLS-Clients bzw. TLS-Servers. 3. Zur Authorisierung bestimmter Aktionen auf dem Server ( Erlaubnis zum Relaying) Punkt 2 kann sinnvoll nur dann eingesetzt werden, werden beide Partner Kontrolle über die SubCA haben, oder es sich um ein Peer-Zertifikat handelt. Für Punkt 3 gilt das unter Punkt 2 gesagt, beim Client ist zusätzlich erforderlich, dass das Zertifikat über ein Passphrase geschützt ist.

18 Verifikation des Client-Zertifikates Der Server kann vom Client im Rahmen des CertificateRequest ein Zertifikat anfordern: Hierbei liefert der TLS-Server nun einen Liste der ihm bekannten CA (bzw. deren) DNs an den Client. Der TLS-Client sendet nun sein konfiguriertes Zertifikat an den Server; dies muss nicht notwendigerweise von einer der übermittelten CAs ausgestellt worden sein. Die Verifikation solcher un-signierter bzw. pseudo-signierter Zertifikate ist bei TLS nicht gut geregelt.

19 Verifikation des Server-Zertifikates In der Client-Applikation müssen die Root-Zertifikate (Stammzertifikate) sowie wichtige Sub-Zertifikate abgelegt sein.

20 Online-Überprüfung von Zertifikaten LDAP: Ziel der Public Key Infrastruktur ist es, speziell die Zertifikate der CAs und SubCAs in einem Verzeichnisdienst online verfügbar zu haben. Als Verzeichnisdienst ist LDAP vorgesehen; allerdings gibt es (noch) keine übergreifende und vernetzte LDAP Infrastruktur. Die Abfrage eines Zertifikats im LDAP kann über den DN und eine LDAP-URL erfolgen. OSCP: Zusätzlich steht das Oline Certificate Status Protocol OCSP zur Verfügung (RFC 2560). Dieses kann speziell zur Abfrage von CRLs genutzt werden

21 Aufbau einer eigenen CA Eine eigene CA zur Erzeugung von Pseudo-signierten Zertifikaten kann mittels OpenCA [http://www.openca.org] aufgebaut werden. OpenCA setzt auf OpenSSL auf und bietet vor allem Mechanismen zur Schlüssel- und Zertifikatsmanipulation: Schritte: 1. Generierung des RSA Keys für die CA openssl genrsa des3 out ca.key 2048 Es wird ein 2048bit RSA Schlüsselpaar erzeugt (ca.key) der mittles 3DES verschlüsselt ist. 2. Selbst-Signierung des Zertifikates: openssl req new x509 days 365 key ca.key out ca.crt Angefordert (req) wird ein neues (new) x509 Zertifikat mit der Gültigkeit von 365 Tagen, das mit dem Schlüssel ca.key verschlüsselt wurde und als ca.crt ausgegeben wird.

22 Erzeugung eines Benutzer-Zertifikates 3. Erzeugen eines RSA Schüsselpaars für einen Benutzer: openssl genrsa des3 out user.key 2048 Der Benutzerschlüssel liegt als user.key vor ist ist ebenfalls mit 3DES und 2048 Bit verschlüsselt. 4. Generierung des CertificateRequests: openssl req new key user.key out user.csr Hierbei müssen interaktiv Angaben über das Subject des Zertifikates gemacht werden, d.h. sein Distinguished Name (DN) angegeben werden. Ferner kann an dieser Stelle das Zertifikat über eine Passphrase gesichert werden. 5. Signierung des Benutzer-Zertifikates durch die CA: sign.sh user.csr Zum Schreiben der digitalen Signatur ist (falls gesetzt) die Passphrase des Zertifikates notwendig.

23 Darstellung von Zertifikaten

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