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

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

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 -days 3650 -key private/ca.key -out ca.crt
 #
 # 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

GnuPGP (GPG)

..