Was ist PKI und wie schafft sie Vertrauen?
Autor: Redaktion Domeny.ForSale Veröffentlicht
Kurz erklärt: PKI ist eine Public-Key-Infrastruktur: ein System aus Zertifikaten, Institutionen, Verfahren und Werkzeugen, das einen kryptografischen Schlüssel mit einer Domain, einer Person oder einem Gerät verknüpft. So kann ein Browser prüfen, ob er sich mit dem richtigen Server verbindet, und ein Unternehmensnetzwerk einen berechtigten Computer erkennen. PKI bildet die Grundlage vieler Anwendungen von HTTPS, der Authentifizierung und digitaler Signaturen. Sie allein garantiert jedoch weder die Ehrlichkeit des Websitebetreibers noch die Sicherheit des gesamten Systems.
Wie PKI einen Schlüssel mit einer Identität verknüpft
Die Abkürzung PKI steht für das englische Public Key Infrastructure. Ihre Grundlage ist die asymmetrische Kryptografie, die ein Paar mathematisch miteinander verknüpfter Schlüssel verwendet: einen öffentlichen und einen privaten. Der öffentliche Schlüssel darf weitergegeben werden, während der private unter der Kontrolle seines Eigentümers bleiben muss.
Bei einer digitalen Signatur dient der private Schlüssel dazu, die Signatur zu erstellen. Mit dem öffentlichen Schlüssel lässt sich ihre Gültigkeit prüfen. Eine erfolgreiche Prüfung bestätigt, dass die Signatur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erstellt wurde und die signierten Daten nicht verändert wurden. Das Schlüsselpaar allein verrät jedoch nicht, wem es gehört.
Dieses Problem löst ein digitales Zertifikat: ein elektronischer Nachweis, der einen öffentlichen Schlüssel mit einem bestimmten Rechtsträger oder einer Kennung verknüpft, beispielsweise einem Domainnamen. Es enthält m.in. den öffentlichen Schlüssel, Angaben zum Zertifikatsinhaber, den Aussteller, den Gültigkeitszeitraum und die zulässigen Verwendungszwecke. Im verbreiteten Format X.509 wird das Zertifikat vom Aussteller digital signiert.
Was das Zertifikat bestätigt, hängt von seiner Art ab. Ein einfaches Serverzertifikat für HTTPS bestätigt nach dem Verfahren des Ausstellers die Kontrolle über die angegebene Domain, nicht aber die Vertrauenswürdigkeit eines Shops oder die Qualität seines Angebots.
Woraus eine PKI besteht
PKI ist nicht ein einzelnes Zertifikat, sondern das gesamte System zur Ausstellung und Verwaltung solcher Nachweise. Die wichtigsten Bestandteile sind:
- Zertifizierungsstelle (CA) — stellt Zertifikate aus und signiert sie. Damit bestätigt sie eine bestimmte Zuordnung zwischen einem Schlüssel und einem Zertifikatsinhaber.
- Registrierungsstelle (RA) — prüft Anträge und die Berechtigung, ein Zertifikat zu erhalten. Diese Aufgabe kann auch die CA selbst übernehmen.
- Vertrauensspeicher — eine Sammlung vertrauenswürdiger Zertifikate, die beispielsweise vom Betriebssystem, vom Browser oder vom Administrator eines Unternehmens gepflegt wird.
- Mechanismen zur Prüfung von Sperrungen — ermöglichen es festzustellen, ob ein Zertifikat vor Ablauf seiner Gültigkeit zurückgezogen wurde. Dazu gehören CRL-Sperrlisten und das Protokoll OCSP.
- Verwaltungsregeln und -werkzeuge — legen fest, wer ein Zertifikat erhält, wie die Schlüssel geschützt werden und wie Erneuerung oder Sperrung ablaufen.
Vertrauen entsteht üblicherweise über eine Kette: Das Serverzertifikat wurde von einer Zwischenzertifizierungsstelle signiert, deren Zertifikat wiederum zu einer vertrauenswürdigen Stammzertifizierungsstelle, der root CA, führt. Das Stammzertifikat ist meist selbstsigniert. Doch nicht diese Signatur macht es vertrauenswürdig, sondern seine vorherige Aufnahme in den Vertrauensspeicher.
Was bei einer Verbindung über HTTPS passiert
HTTPS ist HTTP, abgesichert durch das Protokoll TLS, das die Kommunikation zwischen Browser und Server schützt. PKI hilft dabei, die Identität des Servers zu bestätigen.
Angenommen, du öffnest die Website shop.example. Vereinfacht führt der Browser folgende Schritte aus:
- Er empfängt das Serverzertifikat und die Zwischenzertifikate, die zum Aufbau der Vertrauenskette benötigt werden.
- Er prüft, ob das Zertifikat den Namen
shop.exampleabdeckt, innerhalb seines Gültigkeitszeitraums liegt und zur Authentifizierung des Servers verwendet werden darf. - Er überprüft die Signaturen in der Kette und stellt fest, ob sie zu einer vertrauenswürdigen Zertifizierungsstelle führt. Wie Sperrinformationen berücksichtigt werden, hängt von der Software und ihren Richtlinien ab.
- Im Rahmen der Aushandlung von TLS prüft er den Nachweis, dass der Server den passenden privaten Schlüssel besitzt, und vereinbart Sitzungsschlüssel.
Das Zertifikat allein verschlüsselt nicht den gesamten Datenverkehr. In modernen Versionen von TLS werden die Daten durch effiziente symmetrische Kryptografie geschützt, die die vereinbarten Sitzungsschlüssel verwendet. Das Zertifikat und der private Schlüssel dienen vor allem der Authentifizierung des Servers.
Korrekt eingesetztes HTTPS schützt die übertragenen Daten, bestätigt aber nicht die guten Absichten des Empfängers. Auch ein betrügerischer Shop kann ein gültiges Zertifikat für seine Domain besitzen.
Öffentliche oder private PKI — welche ist die richtige?
Öffentliche PKI basiert auf Zertifizierungsstellen, denen Browser und Betriebssysteme allgemein vertrauen. Sie ist die richtige Wahl für eine öffentlich zugängliche Website: Besucher sollten das Zertifikat deiner Zertifizierungsstelle nicht von Hand installieren müssen. Prüfe bei der Auswahl eines Dienstes die aktuelle Kompatibilität mit den verwendeten Clients, die Validierungsregeln und die Möglichkeiten zur automatischen Erneuerung.
Private PKI arbeitet innerhalb einer Organisation oder einer kontrollierten Umgebung. Das Unternehmen legt selbst fest, nach welchen Regeln Zertifikate ausgestellt werden, und richtet auf den verwalteten Geräten das Vertrauen in seine eigene CA ein. Solche Zertifikate gelten auf den Computern externer Kunden nicht automatisch als vertrauenswürdig.
Eine öffentliche Unternehmenswebsite benötigt beispielsweise ein Zertifikat, das von den Browsern der Nutzer anerkannt wird. Zur Authentifizierung dienstlicher Laptops im Wi-Fi-Netzwerk lässt sich dagegen eine private PKI einsetzen: Jeder Laptop erhält ein eigenes Zertifikat, das bei Verlust des Geräts gesperrt werden kann. Private PKI wird auch in VPN und bei mTLS eingesetzt, also bei TLS mit zertifikatsbasierter Authentifizierung beider Seiten der Verbindung.
Was nach der Zertifikatsausstellung betreut werden muss
Die wichtigsten Aufgaben beginnen nach der Inbetriebnahme des Systems. Private Schlüssel müssen vor dem Kopieren und vor unbefugter Nutzung geschützt werden. Zertifikate müssen erfasst, ihre Ablaufdaten überwacht und ihre rechtzeitige Erneuerung sichergestellt werden. Ein abgelaufenes Zertifikat kann den Betrieb einer Website, einer API-Schnittstelle oder den Netzwerkzugang unterbrechen.
Wurde ein privater Schlüssel offengelegt, reicht es nicht, das Zertifikat erneut herunterzuladen. Es muss ein neues Schlüsselpaar erzeugt, ein neues Zertifikat beschafft, das bisherige gesperrt und die Ursache des Schlüsselverlusts behoben werden. Wie wirksam eine Sperrung ist, hängt auch davon ab, ob die Systeme, die das Zertifikat verwenden, seinen Status prüfen.
Lege vor der Einführung fest, wer den Zertifikaten vertrauen soll: beliebige Internetnutzer oder ausschließlich verwaltete Geräte. Weise anschließend die Verantwortung für den Schutz der Schlüssel, die automatische Erneuerung und die Reaktion auf eine Kompromittierung zu. Ohne diese Festlegungen lässt sich selbst eine korrekt konfigurierte PKI nur schwer sicher betreiben.
Siehe auch: Was ist MCP?
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