Creación dunha Infraestructura de chave pública (PKI)

Introducción

PKI (Public Key Infrastructure) e un sistema construído sobre protocolos, servizos e estándares que se utilizan para proporcionar autenticación, confidencialidade, integridade, non-repudio e control de acceso a datos dixitais

Cifrado e Firma Dixital

Tradicionalmente a seguridade se garantizaba co segredo. O habitual era o uso dunha chave segreda que únicamente coñecían as partes involucradas na comunicación (chave compartida, ou shared key) que se utilizaba para cifrar e descifrar a información (cifrado simétrico). Hoxe en día, cos PIN e as passwords utilizamos tamén unha chave compartida entre nos e o equipo ou servizo ao que accedemos para obter os permisos necesarios. Estas chaves compartidas precisan de completa confianza entre as partes que se comunican, xa que no caso de que a chave quede exposta por calqueira dos dous lados se perdería completamente a seguridade na comunicación.

Hoxe en día, existen alternativas, como as baseadas nas infraestructuras de chave pública ou PKI (Public Key Infraestructure). PKI utiliza criptografía asimétrica de chave pública; con este sistema, as partes involucradas na comunicación necesitan unha parella de chaves de xeito que a información cifrada con unha das chaves únicamente poda ser descifrada pola outra. A chave que se utiliza para cifrar non serve para descifrar. Unha das chaves é para uso único do seu propietario e é mantida en segredo (chave privada, ou Private Key), e a outra se distribúe a todo o mundo que queira manter co usuario unha comunicación confidencial (chave pública ou Public Key).

Deste xeito, si un usuario cifra un documento ou unha parte de él (normalmente un hash obtido a partir do contido do documento) coa chave privada (firma dixital) , os receptores do mesmo poden estar seguros de quen é remitente, xa que únicamente a chave pública do mesmo é capaz de descifrar o documento. Si por outra parte, un usuario cifra un documento coa chave pública, únicamente o propietario da chave privada poderá acceder á información (cifrado). A PKI nos proporciona a posibilidade de firma dixital e de cifrado de información.

A principal debilidade deste sistema atópase na distribución das chaves públicas. Si un usuario malicioso distribúe unha chave pública atribuíndoa a un terceiro (por exemplo, un banco), o resto dos usuarios poden chegar a pensar que están realizando unha comunicación segura co banco, cando en realidade a información está sendo decodificada polo falsificador. Para evitar esto, se utilizan os certificados.

Os certificados dixitais son documentos que proporcionan información sobre a entidade certificada (como o seu nome, nif... etc) e a súa chave pública. Este documento está a súa vez firmado dixitalmente por un terceiro de confianza (Autoridade de Certificación ou CA) que previamente á firma verifica con seguridade a corrección dos datos e a propiedade do certificado.

As autoridades de certificación firman con varios niveis de seguridade (fortaleza a hora de comprobar a identidade real do autor da solicitude do certificado), que van de o 1 (menos comprobacións) ao 3 (comprobacións máis exhaustivas). E posible conseguir firmas de certificados de nivel 1 por autoridades de certificación recoñecidas como www.startssl.com de modo gratuito. Nun último nivel, depende do propio usuario aceptar ou rexeitar o uso dun certificado a partir da reputación do firmante do mesmo.

E posible tamén que unha autoridade de certificación (CA Raíz) delegue en outras autoridades subordinadas o firmado de algúns tipos de certificados.

O termo Cadea de Confianza se utiliza para describir as relacións de confianza entre identidades cando se utilizan CA subordinadas ou intermedias. O obxectivo é permitir a emisión de certificados por parte das CA subordinadas. Deste xeito, si establecemos unha relación de confianza cunha CA, confiaremos tamén en todos os certificados nos que esa CA confía.

As compoñentes máis habituais dunha PKI son:

As autoridades de certificación (CA) (raíz e subordinadas): Son as encargadas de emitir e revocar certificados, dando lexitimidade á relación dunha chave pública coa identidade real dun usuario ou servizo. A fortaleza desa relación parte da confianza que o usuario teña na autoridade certificadora.

A autoridade de rexistro (RA): Depende da autoridade de certificación e é a responsable das comprobacións necesarias para verificar a relación entre a chave pública dun certificado e a identidade dos seus titulares.

A autoridade de validación: Mantén o repositorio de listas de revocación de certificados. As listas de revocación de certificados (CRL) almacenan os certificados que por algún motivo deixaron de ser válidos antes da súa data de caducidade. Normalmente proporcionan un servicio de validación on-line a través do protocolo OCSP.

Os usuarios e entidades finais: Os usuarioson aqueles que poseen unha parella de chaves asimétricas e un certificado asociado a súa chave pública. As entidades finais son todos aqueles que aceptan e confían na validez dos certificados dixitais emitidos.

O certificado electrónico ou dixital é un conxunto de datos que permiten a identificación do titular do certificado, intercambiar información con outras persoas e entidades de maneira segura e firmar electrónicamente os datos que se envían de xeito que se poida comprobar a súa integridade e procedencia

Os certificados dixitais máis utilizados polas PKI seguen o estándar X.509, e deben conter a seguinte información:

• Número de serie do certificado
• Nome, Dirección e Domicilio do suscritor.
• Identificación do suscriptor.
• Nome,Dirección e Localidade da autoridade de certificación emisora.
• Data de emisión e Data de caducidade do certificado.
• Chave pública do suscritor.
• Métodos para a comprobación da validez do certificado (URL do OCSP)
• Versión do formato
• Número de serie otorgado pola entidade emisora
• Parámetros e identificador do algoritmo de firma

Un exemplo de PKI de uso común en España é o DNIe

Instalación e Configuración

OpenSSL consiste nun conxunto de ferramentas que permiten unha completa xestión de certificados. Para a súa manipulación utilízase a orde openssl, que admite gran cantidade de operacións:

• ca - Xestión de unha autoridade de certificación (CA).
• crl - Xestión da lista de revocación de certificados (CLR).
• crl2pkcs7 - Conversións de CRL a PKCS#7.
• dgst - Cálculo de resúmenes.
• passwd - Xeneración de contrasinais.
• pkcs12 - Xestión de certificados PKCS#12.
• pkcs7 - Xestión de certificados PKCS#7.
• req - Xestión de solicitudes de certificados X.509 (Certificate Signing Request, CSR)
• rsa - Xestión de chaves RSA.

Crearemos unha autoridade de certificación que nos permitirá expedir certificados dixitais para os distintos servizos ofrecidos pola rede, como a Web ou o Correo.

1.- Creación da estructura de ficheiros: Existen varias alternativas, pero a estructura máis común e similar a da figura:

Dentro do directorio PKI gardaremos unha copia de /etc/openssl.conf que persoalizaremos ao noso gusto.

O Directorio CA almacenará a infraestructura que consistirá en:

• O certificado da autoridade de certificación (CA) que contén a súa chave pública.
• A carpeta private, que almacenará a chave privada da autoridade de certificación.
• A carpeta clr, que almacenará a infraestructura de revocación de certificados.
• A carpeta certs, que almacenará os certificados asinados pola CA e as solicitudes correspondentes.
• A carpeta newcerts, que almacenará os certificados asinados pola CA, o nome será o número de serie do certificado e extensión .pem
• O ficheiro 'serial', para levar o control do número de serie para os certificados asinados

A infraestructura de revocación almacenada en clr conterá:

• O ficheiro 'clrnumber', que levará a conta das revocacións
• O ficheiro 'index.txt', que almacenará a base de datos dos certificados revocados.
• O 'certificado da autoridade de revocación'

2.- Persoalización de openssl.conf: Copiamos o ficheiro /etc/ssl/openssl.conf dentro da carpeta PKI, para poder persoalizalo cos datos da autoridade certificadora. Aparte de eses datos, as liñas importantes a modificar son:

 [ CA_default ]
 dir             = /root/PKI/CA          # Where everything  is kept
 certs           = $dir/certs            # Where the issued certs are kept
 crl_dir         = $dir/crl              # Where the issued crl are kept
 database        = $crl_dir/index.txt    # database index file.
 #unique_subject = no                    # Set to 'no' to allow creation of
                                         # several ctificates with same subject.
 new_certs_dir   = $dir/newcerts         # default place for new certs.
 certificate     = $dir/ca.pem           # The CA certificate
 serial          = $dir/serial           # The current serial number
 crlnumber       = $crl_dir/crlnumber    # the current crl number
                                         # must be commented out to leave a V1 CRL
 crl             = $crl_dir/crl.pem      # The current CRL
 private_key     = $dir/private/ca.key   # The private key
 RANDFILE        = $dir/private/.rand    # private random number file

3.- Si queremos dar servicio de validación de certificados mediante OCSP, deberemos engadir a openssl.conf, dentro da sección [ usr_cert ] a liña:

 authorityInfoAccess = OCSP;URI:http://<uri to server>

E unha nova sección:

 [ v3_OCSP ]
 basicConstraints = CA:FALSE
 keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
 extendedKeyUsage = OCSPSigning

4.- Inicialización do serial. Poñemos un 01 no ficheiro serial e /crl/crlnumber:

 echo '01' > serial
 echo '01' > crl/crlnumber

5.- Creación das chaves e certificados da CA e da autoridade de validación. Levaremos a cabo as seguintes ordes dende o directorio CA:

 # Chave Privada da CA
 openssl genrsa -des3 -out private/ca.key 4096
 #
 # Certificado da CA
 openssl req -new -x509 -extensions v3_ca -days 3650 -key private/ca.key -out ca.crt
 #
 # Certificado do CRL
 openssl ca -config ../openssl.cnf -gencrl -out crl/crl.pem
 #
 # Chave Privada e solicitude de certificado para o servidor OCSP
 openssl req -config ../openssl.cnf -new -nodes -out ocsp/ocsp.server.com.csr -keyout ocsp/ocsp.server.com.key -extensions v3_OCSP
 # 
 # Firma do certificado OCSP
 openssl ca -config ../openssl.cnf -in ocsp/ocsp.server.com.csr -out ocsp/ocsp.server.com.crt -extensions v3_OCSP

Funcionamento

Cando unha entidade ou individuo precisa identificarse e/ou transmitir información confidencial mediante certificados de chave pública, o primeiro que ten que facer é crear a súa propia chave privada que deberá almacenar en segredo. Paralelamente a esa chave privada, a entidade deberá crear unha solicitude de certificado, que incorporará a chave pública correspondente coa chave privada anteriormente creada. Esa solicitude de certificado se deberá enviar a unha Autoridade de Certificación de confianza, que despois de realizar as oportunas comprobacións de seguridade, enviará un certificado firmado coa súa chave privada.

Deste xeito, a Autoridade de Certificación certifica a correspondencia do certificado emitido coa entidade solicitante.

As Autoridades de Certificación deben inscribirse nun rexistro de seguridade e cumplir cunha normativa específica como a Directiva 93/1999.

Firma de Certificados

O proceso sería o seguinte:

1.- A Entidade/Usuario crea a súa chave privada e a súa solicitude de certificado

  # Chave privada con cifrado des3 e 4096 bits
  openssl genrsa -des3 -out nome_chave_privada.key 4096
  # Solicitude de certificado
  openssl req -new -key nome_chave_privada.key -out nome_certificado.csr

alternativamente:

  # Crea a chave privada e a solicitude de certificado
  openssl req -newkey rsa:4096 -keyout nome_chave_privada.key -out nome_certificado.csr

Si quixeramos non cifrar a chave privada, non especificaríamos -newkey, poñendo no seu lugar -new -nodes. A solicitude nome_certificado.csr se envía a autoridade de certificación, por correo electrónico, FTP... etc.

Cando creamos a solicitude de firma (CSR), o sistema irá preguntando pola información a incluír no certificado. Pode resultar máis práctico que colla esta información preparando un ficheiro coa información. Vexamos un exemplo:

# Creamos o ficheiro my_site.com.csrconfig
[req]
distinguished_name = req_distinguished_name
req_extensions = v3_req
prompt = no

[req_distinguished_name]
C = ES
ST = Galiza
L = Cangas do Morrazo
O = IES de Rodeira
OU = Departamento de Informática
CN = www.company.com

[v3_req]
#keyUsage = keyEncipherment, dataEncipherment
#extendedKeyUsage = serverAuth
subjectAltName = @alt_names


[alt_names]
DNS.1 = www.company.com
DNS.2 = company.com
DNS.3 = www.company.net 
DNS.4 = company.net

A petición a poderíamos facer así: openssl req -config my_site.com.csrconfig -new -nodes -keyout nome_chave_privada.key -out nome_certificado.csr

2.- A Autoridade de Certificación, previa comprobación acorde ao nivel de seguridade solicitado pola entidade, firma o certificado.

  openssl x509 -req -days 365  -CA ca.pem -CAkey ca.key 
               -CAcreateserial -CAserial ../serial 
               -in nome_certificado.csr -out nome_certificado.pem

ou tamén:

  openssl ca -config ../openssl.cnf -in nome_certificado.csr -out nome_certificado.crt

Podemos especificar -policy seccion para indicar o tipo de información a gardar no certificado segundo o arquivo /etc/ssl/openssl.cnf

Existen 3 niveis de certificación:

• DV (Domain Validation) - Se verifica únicamente o dereito a utilizar o dominio/e-mail para o que se expide o certificado.
• OV (Organization Validation) - Ademáis do anterior, se verifica a información da organización solicitante, que se inclúe no certificado.
• EV (Extended Validation) - Ademáis de todo o anterior, se levan a cabo unhas verificacións extra, como a existencia legal, física e operativa da entidade solicitante, que a mesma coincide coa información oficial, que a entidade ten o dereito exclusivo de uso para o que se expide o certificado, etc.

3.- A Autoridade de Certificación envía o certificado firmado á Entidade/Usuario.

Lista de Revocación e Servicio de Validación

Os distintos certificados firmados por unha autoridade de certificación poden perder a súa validez en varios casos, como pode ser a perda ou acceso non autorizado á chave privada correspondente. Neses casos, pode solicitarse a revocación do certificado á autoridade de validación. Para facer esto, a autoridade de certificación mantén unha lista de certificados revocados que pode ser consultada solicitando acceso á lista ou mediante un servidor OCSP. OpenSSL proporciona un servidor OCSP que permite a comprobación da validez dos certificados emitidos pola CA. O servidor no porto 8888 se inicia co seguinte comando:

  openssl ocsp -index crl/index.txt -port 8888 -rsigner ocsp/ocsp.iesrodeira.com.crt 
               -rkey ocsp/ocsp.iesrodeira.com.key -CA ca.pem -text -out log/log.txt

Un cliente poderá comprobar a validez do certificado correo.iesrodeira.com.pem co comando:

  openssl ocsp -CAfile ca.pem -issuer ca.pem -cert correo.iesrodeira.com.pem -url http://ocsp.iesrodeira.com:8888 -resp_text

A revocación do certificado correo.iesrodeira.com.pem realízase co seguinte comando:

  openssl ca -config ../openssl.cnf -revoke correo.iesrodeira.com.pem

Creación dunha CA Intermedia

Unha autoridade de certificación intermedia é unha entidade que pode firmar certificados en lugar da CA raíz. A CA raíz firma o certificado da CA intermedia, formando unha cadea de confianza.

O principal propósito das CA intermedias é a seguridade. A chave privada da CA raíz pode gardarse fora de liña (sin conexión á rede) e ser utilizada o menos posible. Si se ve comprometida a chave privada da CA intermedia, a CA raíz pode revocar o certificado e crear un novo.

Para crear unha CA intermedia, deberíamos crear unha estructura PKI completa e indicar como política no openssl.conf "policy_loose", en lugar do máis restrictivo "policy_strict" do CA raíz (O policy indica que información debe presentar o certificado e cómo, para poder ser firmado). A continuación crearemos a parella chave privada-solicitude de certificado:

openssl genrsa -aes256 -out private/intermediate.key 4096

openssl req -config ../openssl.cnf -new -sha256 \
      -key private/intermediate.key.pem \
      -out private/intermediate.csr

A información suministrada para o CSR debería coincidir coa do CA raíz, salvo o Common Name, que debe ser distinta.

A continuación se "enviaría" o CSR a CA raíz para a súa firma (no noso caso o poñemos na carpeta certs da CA raíz). Unha vez que estamos no CA raíz, firmaríamos o CSR indicando que a firma é para unha CA intermedia mediante o parámetro -extensions v3_intermediate_ca:

# openssl ca -config ../openssl.cnf -extensions v3_intermediate_ca \
      -days 3650 -notext -md sha256 \
      -in certs/intermediate.csr \
      -out certs/intermediate.crt

A continuación podemos comprobar a validez do certificado:

openssl x509 -noout -text -in certs/intermediate.cert.pem

openssl verify -CAfile ca.crt certs/intermediate.crt

Cando unha aplicación (como un navegador web) intente verificar un certificado firmado pola CA intermedia debe verificar o certificado intermedio mediante o certificado da CA raíz. Polo tanto é necesario crear unha cadea de certificados para presentar a aplicación:

cat certs/intermediate.crt  ca.crt > certs/ca-chain.crt

Agora podemos enviar de volta a CA intermedia o certificado e a cadea de certificación....

É necesario crear unha cadea de certificación para que se inclúa o certificado da CA raíz e non necesitemos que os navegadores ou a aplicación correspondente teñan que instalar dúas CA. Unha opción mellor, en particular nunha intranet, é instalar o certificado do CA raíz en todos os clientes, nese caso únicamente necesitaríamos o certificado da CA intermedia.

Uso na Web

O uso de certificados criptográficos na Web é o xeito máis utilizado de asegurar tanto a identidade dos servidores web, como de garantizar a seguridade da información intercambiada. Cando un cliente web intenta o acceso a un servidor que fai uso de certificados (https, normalmente baixo o porto 443) o servidor responde en primeiro lugar co seu certificado, o cliente intentará comprobar a validez do mesmo utilizando os certificados das autoridades de certificación recoñecidas para verificar a firma, o que garantiza a identidade do servidor.

Si o certificado pasa os requerimentos do cliente, a comunicación se realizará de forma cifrada garantizando a privacidade da comunicación.

Configuración de HTTPS en Apache Web Server

Precisaremos un certificado e a chave privada correspondente. Como o servidor Apache necesita acceder á chave privada, se queremos evitar ter que suministrar a password da mesma en cada inicio, podemos xerar unha chave privada sen protección:

   openssl req -nodes -newkey rsa:4096 -keyout nome_chave_privada.key -out nome_certificado.csr

Tamén é posible eliminar a protección unha vez xerada a chave con:

  openssl rsa -in nome_chave_privada.key -out nome_chave_privada.net.key.insecure

Unha vez firmada a solicitude de certificado .csr pola autoridade de certificación e obtido o certificado (.pem ou .crt), necesitamos ter activo o módulo ssl:

  a2enmod ssl

Unha configuración típica dun sitio virtual baixo SSL sería, copiando previamente a nosa chave privada server.key e o certificado firmado server.crt en /etc/ssl/certs/:

NameVirtualHost a.b.c.d:80
<VirtualHost a.b.c.d:80>
	ServerAdmin webmaster@meudominio.org
	DocumentRoot /sitios/sitioSSL
	ServerName ssl.midominio.org
	ServerAlias midominio.org
	Redirect 301 / https://ssl.midominio.org/
	CustomLog /var/log/apache2/nossl_access_log combined
	Errorlog /var/log/apache2/nossl_error_log
</VirtualHost>
NameVirtualHost a.b.c.d:443
<VirtualHost a.b.c.d:443>
	ServerAdmin webmaster@midominio.org
	DocumentRoot /sitios/sitioSSL
	ServerName ssl.midominio.org
	ScriptAlias /cgi-bin/ /sitios/sitioSSL/cgi-bin/
	SSLEngine on
	SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/server.crt
	SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/certs/server.key
	SetEnvIf User-Agent ".*MSIE.*" nokeepalive ssl-unclean-shutdown
	CustomLog /var/log/apache2/ssl_request_log \
	"%t %h %{SSL_PROTOCOL}x %{SSL_CIPHER}x \"%r\" %b"
	CustomLog /var/log/apache2/ssl_access_log combined
	Errorlog /var/log/apache2/ssl_error_log
</VirtualHost>

O primeiro VirtualHost non é máis que unha redirección de maneira que os accesos baixo http se redirixan de xeito automático ao VirtualHost baixo https.

E necesario indicar a IP (a.b.c.d) porque normalmente únicamente se soporta un único sitio virtual baixo SSL por cada IP do servidor, xa que é necesario o certificado do sitio para saber o sitio solicitado. Sen embargo, as últimas versións dos navegadores e de Apache soportan a extensión TLS Server Name Indication (SNI) que permite o uso de varios sitios virtuais distintos baxio https. Necesitaremos:

• Editar /etc/apache2/ports.conf para indicar:

<IfModule mod_ssl.c>
    NameVirtualHost *:443
    Listen 443
</IfModule>

<IfModule mod_gnutls.c>
    NameVirtualHost *:443
    Listen 443
</IfModule>

• Debemos asegurarnos que no VirtualHost por defecto e nos VirtualHosts baixo SSL está especificado <VirtualHost *:443>.

Si o cliente (navegador) non soporta as extensións SNI, podemos negarlle o acceso descomentando a liña

 SSLStrictSNIVHostCheck On

ao final de /etc/apache2/mods-enabled/ssl.conf.

Certificados de Cliente

Os Certificados de Cliente permiten a identificación dun cliente por parte dun servidor web, de xeito que se lle podan otorgar privilexios de acceso especiais. Cando o sitio web precisa identificar ao cliente, lle envía unha solicitude de certificado. O cliente enviará o certificado correspondente ao sitio, e o servidor web, previa comprobación do mesmo, garantizará ou denegará o acceso.

Para configurar este comportamento no Apache, necesitaremos configurar un sitio baixo https, e indicarlle que imos requerir un certificado do cliente mediante a directiva SSLVerifyClient require. O servidor, ao recibir o certificado, realizará unha verificación da cadea de confianza ata a profundidade indicada pola directiva SSLVerifyDepth.

Con esta configuración, a Apache lle bastaría calqueira certificado válido, polo que é necesario configurar un filtro de certificados que descarte os que non sirvan a partir da súa informació, do seguinte xeito:

SSLRequire %{SSL_CLIENT_S_DN_O}  eq "IES de Rodeira" and  %{SSL_CLIENT_S_DN_OU} in {"Departamento de Informatica"}

Unha posible configuración para unha carpeta dun sitio Web sería:

<VirtualHost *:443>
 ServerName servidor.iesrodeira.com
 DocumentRoot /var/www/servidor

 SSLEngine on
 SSLCertificateFile    /etc/ssl/private/msdn.iesrodeira.com.crt
 SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/msdn.iesrodeira.com.key
 SSLCACertificateFile  /etc/ssl/certs/myca.crt

 <FilesMatch "\.(cgi|shtml|phtml|php)$">
     SSLOptions +StdEnvVars
 </FilesMatch>
 BrowserMatch "MSIE [2-6]" \
        nokeepalive ssl-unclean-shutdown \
        downgrade-1.0 force-response-1.0
 # MSIE 7 and newer should be able to use keepalive
 BrowserMatch "MSIE [17-9]" ssl-unclean-shutdown
 
 <Directory /var/www/servidor/restricted>
 # Restinxido mediante certificado de cliente
    SSLRequireSSL
    SSLVerifyClient require
    SSLVerifyDepth  2
    SSLRequire %{SSL_CLIENT_S_DN_O}  eq "IES de Rodeira" and  %{SSL_CLIENT_S_DN_OU} in {"Departamento de Informatica"}
 </Directory>
</VirtualHost>

Existen múltiples directivas de xestión de certificados que permiten o uso de listas de revocación ou servidores OCSP, podes consultalas na documentación de Apache

O certificado de cliente permite o acceso únicamente aos navegadores que dispoñan dun certificado válido admitido polo servidor, pero non verifica a identidade da persoa utilizando o mesmo. Para garantizar a identidade da persoa, se debería engadir un sistema de autenticación do xeito indicado neste documento.

Nos clientes web, será necesario instalar os certificados de cliente para enviar. O firefox/mozilla acepta os certificados en formato pkcs12, que inclúen tanto o certificado como a súa chave privada, polo que será necesario exportar o certificado firmado a este formato e importalo logo ao navegador, xunto co certificado da autoridade de certificación.

Firefox/Iceweasel únicamente acepta certificados coa extensión .pkcs12

openssl pkcs12 -export -clcerts -inkey chaveprivada.key -in meucert.crt -out meucert.pkcs12

Para importar o certificado da autoridade de certificación, bastará con facelo dispoñible nun enlace a través da web. O navegador recoñecerá automáticamente que é un certificado e procederá a súa instalación

Internet Explorer traballa dun modo lixeiramente distinto. Os certificados deben estar en formato DER, Polo que necesitaremos convertir a ese formato tanto o noso certificado como o certificado da autoridade de certificación:

  openssl x509 -inform PEM -in meusitio.CRT -outform DER -out meusitio.CRT.der
  openssl x509 -inform PEM -in RodeiraCA.CRT -outform DER -out RodeiraCA.CRT.der

Uso no E-mail

Os certificados poden ser utilizados no correo electrónico tanto para a realización de firmas (asegurar autoría e integridade), como para o cifrado do seu contido e asegurar así a privacidade. A configuración ven determiñada polo cliente de correo electrónico, aínda que é similar en todos eles.

Normalmente se deben importar (no sistema ou no cliente de correo, según a integración do cliente) o certificado da autoridade de certificación como autoridade de certificación, e os certificados persoais a utilizar na conta de correo en formato pkcs12. Unha vez incorporados os certificados, nas opcións de seguridade da conta de correo, se indicarán os certificados a utilizar para o cifrado e firma S/MIME.

O funcionamento é o seguinte:

Desexamos enviar un correo firmado e cifrado a outro usuario

A firma se realizará co noso certificado, pero para enviar o correo cifrado precisamos ter instalado o certificado de usuario do destiñatario (a súa chave pública). O destiñatario deberá ter o noso certificado para comprobar a firma, e descifrará o correo facendo uso do seu propio certificado.

Recibimos un correo firmado e cifrado

Para verificar a firma necesitamos o certificado do firmante (a súa chave pública), e para descifralo bastará co noso propio certificado.

Cifrado e Firmado de documentos

Outro uso dos certificados é a firma e cifrado de documentos. En realidade é o mesmo procedemento que se realiza na firma e cifrado de correos electrónicos.

Por exemplo, para cifrar pequenas cantidades de texto mediante o algoritmo RSA (axeitado para información de pouca lonxitude) e descrifralo posteriormente poderíamos facer o seguinte:

#Obtemos a chave pública correspondente a nosa chave privada
openssl rsa -in chaveprivada.key -out chavepublica.pkey -outform PEM -pubout

#Cifrado
openssl rsautl -inkey chavepublica.pkey -pubin -encrypt -in ficheiro.txt  > ficheiro.txt.cifrado

#Descifrado
openssl rsautl -inkey chaveprivada.key -decrypt -in ficheiro.txt.cifrado

De xeito similar, para firmar un documento, necesitaremos tamén a chave pública correspondente

#Firma
openssl dgst -sha1 -sign chaveprivada.key file.txt > file.txt.firma

#Comprobación da firma
openssl dgst -sha1 -verify chavepublica.pkey -signature file.txt.firma file.txt

O algoritmo RSA non é axeitado para cifrar grandes documentos, polo que unha solución habitual é utilizar unha chave simétrica para o cifrado, e cifrar mediante RSA a chave de cifrado. Deste xeito, a outra parte poderá descifrar a chave e a continuación o documento.

#Creación da chave simétrica de cifrado
MYKEY="" ; for((a=1;a<=100;a++)) do MYKEY=$MYKEY$RANDOM ; done ; echo $MYKEY > file.txt.symkey ; MYKEY="" 
#Cifrado do ficheiro coa chave simétrica
openssl des3 -e -kfile file.txt.symkey -in file.txt -out file.txt.symenc 
#Ciframos a chave simétrica
openssl rsautl -inkey chavepublica.pkey -pubin -encrypt -in file.txt.symkey  > symkey.cifrada

# A outra parte recibiría  symkey.cifrada e  file.txt.symenc

#Descifrado da chave simétrica
openssl rsautl -inkey chaveprivada.key -decrypt -in symkey.cifrada > file.txt.symkey
#Descifrado do ficheiro mediante a chave simétrica
openssl des3 -d -kfile file.txt.symkey -in file.txt.symenc

O DNIe e as tarxetas criptográficas

O punto débil do cifrado de chave pública está na distribución dos certificados e no almacenamento de chave pública. Si alguén consigue acceso a unha chave privada, poderá suplantar ao seu propietario. Ademáis, si necesitamos firmar documentos e proporcionar a nosa identidade dende distintos equipamentos, necesitaremos portar os nosos certificados, co conseguinte problema de seguridade.

Unha solución a este problema é o uso de tarxetas criptográficas. As tarxetas criptográficas ou SmartCards son pequenas pezas de plástico, normalmente do tamano dunha tarxeta de crédito que inclúen unha memoria e un procesador con capacidades criptográficas. Na súa memoria se poden almacenar documentos que únicamente serán accesibles para o seu microprocesador, co que é un bo xeito de transportar e utilizar certificados e chaves privadas. Para protexer o acceso ao microprocesador e as súas funcións empregase normalmente un PIN (Personal Identification Number).

Se poden establecer varias clasificacións de tipos de SmartCards:

Con e sin contacto

As tarxetas de contacto precisan dun elemento que suministre enerxía eléctrica ao microprocesador, e polo tanto teñen que insertarse nun dispositivo, mentras que as tarxetas sin contacto funcionan mediante radio frecuencia (RFID), e obteñen a enerxía necesaria da propia conexión de radio. Tamén existen tarxetas mixtas que incorporan os dous métodos. As tarxetas con contacto utilízanse normalmente como identificación, mentras que as tarxetas sin contacto se empregan para funcións como a apertura de portas.

De Memoria e con Microprocesador

As tarxetas de memoria teñen unha EEPROM e un microcontrolador que permite o acceso a ela. Os datos se bloquean mediante un PIN, pero non poden realizar transformacións criptográficas. Utilízanse para funcións como monedeiros electrónicos ou crédito telefónico. As tarxetas con microprocesador son como pequenos ordenadores con RAM, ROM e EEPROM, cun pequeno sistema operativo en ROM que manexará o acceso aos ficheiros almacenados na EEPROM e executará funcións na RAM. Este tipo de tarxetas poden realizar funcións criptográficas polo que habitualmente se utilizan para identificación.

A maior parte das SmartCards teñen sistemas operativos propios o que fai complexo a creación de aplicacións que soporten múltiples tipos de tarxetas e que den acceso a máis funcións das ofrecidas nos estándares ISO7816. Os sistemas máis empregados hoxe en día son JavaCard, desenvolto por Sun (hoxe Oracle), MULTOS deseñado para alta seguridade ou a versión de Microsoft, SmartCard for Windows.

Os usuarios poden interactuar coas SmartCards a través de diversos API. Os máis comúns son:

CT-API

Este API proporciona funcións xenéricas que permiten a comunicación con tarxetas de memoria e de microprocesador, cumplindo os estándares ISO7816.

PC/SC (Personal Computer/Smart Card)

Son un conxunto de especificacións desenvoltas por polo PC/SC Workgroup. Existen implementacións de este API baixo Windows, Linux e OS/X.

OpenCard

E un API basado en Java para o acceso a SmartCards.

Baixo Linux o mellor soportado é PC/SC, mediante pcscd. En Debian deberemos instalar os paquetes pcscd e pcsc-tools. As operacións coas tarxetas realízanse co software opensc. E aconsellable ter instalado algún medio gráfico de solicitude de PIN como pinentry-gtk2.

A configuración de smartcards realízase habitualmente co software propietario que suministra o fabricante, polo que sería unha boa idea mercar tarxetas soportadas por opensc, de xeito que funcione correctamente baixo Linux. Si configuramos unha tarxeta cun software, únicamente será posible modificar a configuración con ese mesmo software.

En España, a Dirección Xerál da Policía implementou un sistema de identificación basado en certificados de chave pública e o uso de SmartCards denominado DNIe ou DNI Electrónico. Mediante esta tarxeta, e previa solicitude da creación dos certificados, é posible identificarse en numerosas web e realizar firmas criptográficas de documentos con unha completa validez legal.

O DNIe español realizou un módulo en código pechado para o seu uso con opensc, ao que opensc non da soporte. Recentemente liberouse o código e lanzouse o proxecto opendnie. Deste xeito existen dúas maneiras de traballar co DNIe: a través do oficial, da Dirección General de la policía y de la Guardia Civil (DGP) basada en OpenSC-0.11.8 e xa non mantida, e mediante a implementación libre OpenDNIe, que está pendente da súa integración na rama principal de OpenSC. Recoméndase o uso de OpenDNIe para o uso do DNIe español, podes ver o seu código fonte na Páxina do Proxecto.

Podes consultar a Guía de Configuración do DNIe en Linux para máis información.

GnuPGP (PGP)

PGP (Pretty Good Privacy) é un sistema de cifrado de chave asimétrica ampliamente empregado para o cifrado e firma de documentos, especialmente correo electrónico. As operacións máis importantes son:

• Creación da parella de chaves

   gpg --gen-key

Esta operación creará unha parella de chaves asimétricas (pública e privada), almacenado por defecto a información GPG relativa ao usuario na carpeta .gnupg dentro do home de usuario.

• Listado de chaves

gpg --list-keys

Esta operación listará o conxunto de chaves públicas GPG que temos almacenadas e nas que confiamos.

• Exportación da chave pública

gpg --armor --export usuario@dominio > mypublickey.pkey

Esta operación exportará unha chave pública a un ficheiro, de xeito que podamos distribuíla.

• Importación dunha chave pública para o seu uso automático

gpg --import ficheiro.pkey

Esta operación importará unha chave pública ao noso anel de confianza

Existen varios entornos gráficos de usuario, como seahorse útiles para xestionar as chaves GPG.

O problema principal da criptografía asimétrica é determiñar ata que punto nos podemos fiar das chaves públicas que recopilamos no noso sistema. Para solucionar este problema, se recurre normalmente a cadeas de confianza, nas que confiaremos nos certificados nos que confía alguén da nosa confianza. Para indicar confianza nunha chave se firma coa chave privada, deste xeito si unha chave pública está firmada por unha persoa na que confiamos, podemos fiarnos relativamente que a chave é lexítima.

A distribución de chaves públicas pode facerse por multitude de medios, pero o máis sinxelo é o uso de servidores de chaves públicas como este.

En este documento atoparás unha descripción máis detallada de GPG.

Cifrado e Firma de E-mail

Para firmar os correos electrónicos bastará con indicar na configuración de seguridade o ID GPG a utilizar. O ID o podemos obter como indica a imaxe. Si queremos cifrar o correo, precisaremos a chave pública do destiñatario. No momento do envío do correo indicamos si queremos cifrar, firmar ou as dúas cousas.

Cifrado e Firma de Documentos

• Cifrado de doc

 gpg --output doc.gpg --encrypt --recipient arancha@nav.es doc

• Descifrado de doc.gpg

 gpg --output doc --decrypt doc.gpg

• Cifrado simétrico de doc

 gpg --output doc.gpg --symmetric doc

• Descifrado

 gpg --output doc -d doc.gpg 
  ou, simplemente
 gpg doc.gpg

• Firma de doc

 gpg --output doc.sig --sign doc

• Firma e cifrado de doc

 gpg --output doc.gpg --encrypt --sign --recipient arancha@nav.es doc

Unha firma dixital certifica un documento e lle engade unha marca de tempo. Si se modificara o documento, a verificación da firma fallaría. Para a creación e verificación de firmas se utiliza o par público/privado de chaves. Se xenera unha firma coa chave privada do firmante, que pode ser verificada pola chave pública correspondente.l

Cando temos un documento con firma dixital podemos levar a cabo dúas accións: únicamente comprobar a firma, ou comprobar a firma e recuperar o documento orixinal. Para comprobar a firma utilízase a opción --verify. Para verifica-la firma e extraer o documento se usa a opción --decrypt. O documento coa firma é a entrada, e o documento orixinal recuperado é a salida.

arancha% gpg --output doc --decrypt doc.sig
gpg: Signature made Fri Sep  24 12:02:38 1999 CDT using DSA key ID D58711B7
gpg: Good signature from "Javier (Paramo S.L.) <javier@casa.es>"

Referencias

RFC de X.509

Referencia de comandos openssl

Exemplo de Creación de Autoridade de Certificación e autoridade intermedia