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

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