Let's Encrypt/Technik

Technik

Let’s Encrypt besitzt ein RSA-Stammzertifikat, das in einem Hardware-Sicherheitsmodul verwahrt und nicht direkt verwendet wird

• Es soll im dritten Quartal 2019 durch ein ECDSA-Stammzertifikat ergänzt werden
• Damit werden mehrere Zwischenzertifikate signiert, welche durch die Zertifizierungsstelle IdenTrust gegengezeichnet werden
• Eines davon dient dann zur Signierung der ausgestellten Zertifikate, die anderen als Ersatz bei Problemen mit dem ersten
• Durch die IdenTrust-Signatur können die ausgestellten Zertifikate in gebräuchlichen Webbrowsern über die vorinstallierten Stammzertifizierungsstellen geprüft werden
• So werden Let’s-Encrypt-Zertifikate auf Client-Seite von Anfang an in der Regel ohne weiteres akzeptiert
• Seit Ende Juli 2018 ist das Stammzertifikat von Let's Encrypt in allen wichtigen Root-Programmen vertreten

Protokoll

Zur Automatisierung der Zertifizierung nutzt Let’s Encrypt das Challenge-Response-Verfahren Automatic Certificate Management Environment (ACME)

• Dabei werden verschiedene Anfragen entweder an Unterseiten am Webserver oder direkt DNS-Anfragen an die zu zertifizierende Domain gestellt
• In beiden Fällen wird ein vorher von Let’s Encrypt erstellter Token entweder auf einer speziellen Unterseite am Web-Server oder als TXT Resource Record im DNS der betreffenden Domain öffentlich abgelegt und von Let’s-Encrypt-Servern in Folge abgefragt
• Anhand der Antwort mit den Token wird sichergestellt, dass der Antragsteller den Web-Server oder direkt den Nameserver und die damit verknüpfte Domain kontrolliert ()

Auf dem Server-System müssen diese Anfragen korrekt beantwortet werden

• Dazu bietet das Protokoll verschiedene Möglichkeiten
• Bei einer wird dazu von der ACME-Client-Software ein besonders konfigurierter TLS-Server eingerichtet, der mittels Server Name Indication auf besondere Anfragen der Zertifizierungsstelle antwortet (Domain-Validierung mittels Server Name Indication, DVSNI)
• Dieses Verfahren wird allerdings nur für eine erste Zertifikatsausstellung für eine Domain akzeptiert (sogenanntes „trust on first use“, TOFU – Vertrauen bei erster Benutzung)
• Danach kommt die alternative Validierung über ein bestehendes Zertifikat zum Einsatz
• Bei Verlust der Kontrolle über ein bereits ausgestelltes Zertifikat muss daher ein Zertifikat von einem Drittanbieter erworben werden, um wieder ein Let’s-Encrypt-Zertifikat zu erhalten

Die Validierungsverfahren werden mehrmals über verschiedene Netzwerkpfade durchgeführt

• Zur Erschwerung von DNS-Spoofing ist die Prüfung von DNS-Einträgen von mehreren geographisch verteilten Standpunkten aus vorgesehen

Bei ACME-Interaktionen werden JSON-Dokumente über HTTPS-Verbindungen ausgetauscht

• Das Protokoll wurde im März 2019 von der Internet Engineering Task Force als Request for Comments im Status eines vorgeschlagenen Internetstandards veröffentlicht

Server-Implementierung

Domainauswahldialog

Die Zertifizierungsstelle besteht im Wesentlichen aus einer in Go geschriebenen Software namens Boulder, die die Server-Seite des ACME-Protokolls implementiert

• Sie wird als freie Software auch in Quelltextform unter den Bedingungen von Version 2 der Mozilla Public License (MPL) verbreitet
• Sie stellt eine REST-Programmierschnittstelle zur Verfügung, auf die TLS-verschlüsselt zugegriffen werden kann

Für verschiedene Linux-Distributionen existieren Pakete, welche die Cert-Updates automatisch durchführen, so für Debian das package Certbot

Clients

Durch den offenen Standard ACME sind mittlerweile über 40 unterschiedliche Clients entwickelt worden

Im Rahmen des Projekts wurde eine Apache-lizenzierte Nach der Installation und Zustimmung zu einem Benutzervertrag genügt die Ausführung des reinen Befehls, um ein gültiges Zertifikat installiert zu bekommen

• Es können aber auch zusätzliche Funktionen wie OCSP stapling oder HTTP Strict Transport Security (HSTS) eingestellt werden
• Die automatische Einrichtung funktioniert zunächst allerdings nur mit Apache und nginx
• Der Client kann aus den Paketquellen diverser Linux-Distributionen installiert werden, beispielsweise aus den Debian-Paketquellen

Daneben gibt es mit acmetool einen in Go geschriebenen mit vor-kompilierten, statischen Programmdateien Client

• Die Seite Get HTTPS for free! ist ein HTTP/2-kompatibler Webserver, der vollautomatisch ein Zertifikat erzeugt und Inhalte per HTTPS ausliefert
• Ein weiterer weit verbreiteter Client ist acme-tiny, ein in Python geschriebener Client, er ist weniger als 200 Zeilen lang und soll somit von jedem Nutzer vor der Verwendung selbst gelesen werden