Let's Encrypt

Let's Encrypt - Zertifizierungsstelle für X.509-basierte TLS-Zertifikate

Beschreibung

Automatisierte Ausstellung und Erneuerung von TLS-Zertifikaten

ACME-Protokoll (RFC/8555)

ACME-Client weist die Kontrolle über eine Domain nach und ruft ein Zertifikat ab
Zertifikate besitzen eine maximale Gültigkeit von 90 Tagen, daher sollte eine automatische Erneuerung konfiguriert werden

Zertifizierungsstelle für X.509-basierte TLS-Zertifikate

Internet Security Research Group (ISRG)

offen
gemeinnützig
automatisiert
kostenlos

Bedeutung

Let’s Encrypt hat die Verbreitung von HTTPS im World Wide Web wesentlich beschleunigt und die Hürden für den Einsatz von Transportverschlüsselung deutlich gesenkt

Das Projekt unterstützt Bestrebungen großer Webbrowser-Projekte, unverschlüsseltes HTTP als unsicher zu kennzeichnen
Für den gesellschaftlichen Nutzen erhielt Let’s Encrypt mehrere Auszeichnungen, darunter den FSF Award 2019

Zertifikate

Domain-Validation

Domain-Validation-(DV)-Zertifikate

DNS-Namen
Einzelnamen
Subject-Alternative-Name-Zertifikate
Wildcard-Zertifikate

OV- und EV-Zertifikate

Werden nicht angeboten

Antragsprozesse nicht vollständig automatisierbar

Gültigkeit

Standardgültigkeit der Zertifikate beträgt 90 Tage

Für den produktiven Betrieb ist eine automatisierte Erneuerung vorgesehen (z. B. über ACME-Clients

Kosten

Ausstellung und Nutzung der Zertifikate sind kostenfrei
Es wird weitgehend auf freie Software und offene Standards gesetzt

Transparenz

Ausgestellte Zertifikate werden in öffentlichen Logsystemen (z. B. Certificate Transparency) protokolliert
Die Betreibenden veröffentlichen regelmäßig Transparenz- und Sicherheitsberichte

Organisation

Let’s Encrypt ist ein von der Internet Security Research Group angebotener Dienst

Finanzierung erfolgt überwiegend durch Sponsoring großer Unternehmen aus Browser-, CDN- und Infrastrukturbereich sowie durch Spenden
Zu den wichtigen Unterstützenden gehören unter anderem die Electronic Frontier Foundation (EFF), die Mozilla Foundation, Akamai, Google Chrome und Cisco Systems

Vertrauensmodell und Zertifikatskette

Let’s Encrypt

betreibt eigene Root-Zertifikate
- z. B. ISRG Root X1
stellt davon abgeleitete Zwischenzertifikate bereit

Kompatibilität mit älteren Clients

Zur Sicherstellung der Kompatibilität mit älteren Clients wurden zeitweise zusätzlich von IdenTrust signierte Zwischenzertifikate eingesetzt
Die aktuell verwendeten Root- und Intermediate-Zertifikate sowie Details zur Schlüsselinfrastruktur sind in Let's Encrypt/Technik beschrieben

Technik

Let’s Encrypt verwendet das ACME-Protokoll (Automatic Certificate Management Environment) zur automatisierten Ausstellung und Erneuerung von Zertifikaten

ACME-Clients führen die Authentifizierung der Domain und die Installation der Zertifikate auf dem Zielsystem aus
Unterstützte Validierungsmethoden (z. B. HTTP-01, DNS-01, TLS-ALPN-01) sowie konkrete Anwendungsbeispiele werden in Let's Encrypt/Anwendungen beschrieben
Weitere technische Details zur Implementierung, zur CA-Software und zur Infrastruktur sind in Let's Encrypt/Technik zusammengefasst

ACME

Automatic Certificate Management Environment

Funktionsweise von ACME

Architektur

ACME-Ablauf

Objekte und Schritte

Schritt	Beschreibung
Account Key	kryptografische Identität des Clients
Order	Anforderung eines oder mehrerer Zertifikate
Authorization	Nachweis der Kontrolle für jede Domain
Challenge	konkrete Prüfaufgabe (HTTP-01, DNS-01, TLS-ALPN-01)
Finalization	Übermittlung des CSR
Certificate	Ausstellung des Zertifikats

Diese Struktur entspricht dem ACME-Standard (RFC/8555)

Domain-Validierung

Der Client erzeugt ein Schlüsselpaar und fordert Validierungsaufgaben an

Nach Bereitstellung der Challenge-Ressourcen prüft die Zertifizierungsstelle deren Erfüllung
Bei Erfolg gilt der Account Key als autorisiert

Zertifikatausstellung und Widerruf

Zur Ausstellung wird eine Zertifikatsanforderung (CSR) übermittelt

Nach erfolgreicher Prüfung wird ein Zertifikat zurückgegeben
Widerrufe erfolgen über signierte Widerrufsanfragen
Entsprechende Informationen werden über die üblichen Kanäle publiziert

ACME-Challenge-Typen

Für die Domainvalidierung stehen mehrere Verfahren zur Verfügung

Auswahl und Einsatz hängen von Infrastruktur, DNS-Zugriff und Port-Verfügbarkeit ab

Methode	Port	Vorteile	Nachteile
HTTP-01	Port 80	Einfach einzurichten Kompatibel mit den meisten Webservern Automatisierbar	Erfordert offenen Port 80 Probleme hinter CDN/Reverse-Proxy möglich Nicht nutzbar für Wildcard-Zertifikate
DNS-01	TXT-Record	Ermöglicht Ausstellung von Wildcard-Zertifikaten Unabhängig von Ports oder Webserver Sehr flexibel bei komplexen Infrastrukturen	Erfordert DNS-API oder manuellen Eingriff DNS-Propagation kann Verzögerungen verursachen
TLS-ALPN-01	Port 443	Keine Abhängigkeit von Port 80 Funktioniert hinter bestimmten Proxies besser	Benötigt direkte Kontrolle über TLS-Konfiguration Nicht überall unterstützt

Rate Limits

Let’s Encrypt setzt v=erschiedene Beschränkungen ein, um Missbrauch zu verhindern

Für einen stabilen Betrieb sollte die automatisierte Erneuerung auf die Staging-Umgebung getestet werden

Limits

Begrenzte Anzahl neuer Zertifikate pro registrierter Domain pro Woche
Begrenzung fehlerhafter Validierungsversuche pro Stunde
Begrenzte Anzahl neuer Orders pro Account innerhalb kurzer Zeiträume

Für Tests steht eine Staging-Umgebung mit deutlich höheren Limits zur Verfügung

Staging-Umgebung

Die Staging-Umgebung ist eine separate ACME-Testinfrastruktur mit hohen Limits und nicht vertrauenswürdigen Testzertifikaten

Sie dient zur sicheren Überprüfung von Validierung, Konfiguration und Automatisierung, ohne produktive Limits zu belasten

Aktivierung der Staging-Umgebung

Die Nutzung erfolgt über den Staging-ACME-Endpunkt oder entsprechende Client-Optionen

Certbot: --staging
ACME-Endpoint

https://acme-staging-v02.api.letsencrypt.org/directory

Certbot-Erneuerungstest: certbot renew --dry-run

Beste Praxis

Port 80 sollte für HTTP-01-Challenges und Weiterleitungen auf HTTPS offen bleiben
Das Schließen von Port 80 reduziert das Sicherheitsrisiko kaum
Falls Port 80 durch den Anbieter blockiert ist, können DNS-01 oder TLS-ALPN-01 eingesetzt werden

ACME-Clients

ACME-Client-Implementierungen

Zur Nutzung von Let’s Encrypt muss eine ACME-Clientsoftware eingesetzt werden

Es stehen zahlreiche Clients von Drittanbietern zur Verfügung

Keine Überprüfung oder Zertifizierung dieser Clients durch Let’s Encrypt

Browserbasierte Clients werden nicht berücksichtigt, da sie manuelle Erneuerungen fördern

Certbot

Für die meisten Szenarien wird Certbot empfohlen

Unterstützt automatisiertes Ausstellen, Installieren und Erneuern von Zertifikaten
Bietet Auto-Konfiguration sowie Expertenmodus
Umfangreiche Dokumentation und breite Betriebssystemunterstützung

ACME Versionen

ACMEv1/ACMEv2

Alle unterstützten ACME-Clients verwenden ACMEv2 (RFC 8555)

ACMEv1 wurde am 1. Juni 2021 vollständig abgeschaltet

Erste Schritte

Zur Aktivierung von HTTPS wird ein Zertifikat benötigt, das über ACME angefordert wird

Der Nachweis der Domainkontrolle erfolgt über einen ACME-Client oder über Integrationen beim Hosting-Provider
Entscheidend ist, ob Shell-Zugang verfügbar ist