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

Mit Shell-Zugang

Für Shell-Umgebungen wird Certbot empfohlen

• Unterstützt automatische Abläufe ohne Ausfallzeit
• Alternativ können weitere ACME-Clients eingesetzt werden

Für Tests kann die Staging-Umgebung genutzt werden, um Rate Limits nicht auszulösen

Ohne Shell-Zugriff

Optimal ist die Nutzung integrierter Let’s-Encrypt-Unterstützung des Hosting-Providers

• Zertifikate werden automatisch angefordert und erneuert

Falls keine Integration vorhanden ist, kann ein Zertifikat manuell erzeugt und anschließend beim Provider hochgeladen werden

• Dieser Ansatz ist aufwendig und muss regelmäßig wiederholt werden
• Gilt als Notlösung

Anhang

Siehe auch

Certbot

Certbot/Anwendung

ISPConfig/Let's Encrypt

Let's Encrypt

Let's Encrypt/Anwendungen

Let's Encrypt/LAN

Let's Encrypt/Technik

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• Let's Encrypt/Anwendungen
• Let's Encrypt/LAN
• Let's Encrypt/Technik

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• RFC/8555

Weblinks

1. Offizielle Website von Let’s Encrypt
2. Technische Einführung in Let’s Encrypt