Im letzten Abschnitt haben wir PKI-Infrastrukturen und den Unterschied zwischen offenen und geschlossenen Systemen kennen gelernt. Diesmal wollen wir offene PKI-Systeme genauer betrachten, mit deren Hilfe mehrere Organisationen mit je eigener PKI über ihre Grenzen hinweg vertrauenswürdig mit anderen Organisationen kommunizieren.
 
Um dies zu ermöglichen, sind die verschiedenen organisationsspezifischen Leitlinien der beteiligten Public-Key-Infrastrukturen miteinander abzugleichen. Die Leitlinien beschreiben neben den verwendeten Technologien, Verfahren und Schnittstellen u. a. den für die User-Registrierung notwendigen Prozess, insbesondere Maßnahmen zur initialen Identifizierung und Authentifikation der Benutzer, die zum angestrebten Schutzniveau der PKI passen. So kann es in einem Fall notwendig sein, dass Personalausweise überprüft und Kopien für die Unterlagen gemacht werden, während in einem anderen die Stammdaten aus der Personalverwaltung für die Zertifikatserstellung ausreichen. Wichtig ist, dass die Geschäftspartner sich auf einen Mindeststandard einigen.
 
 
Zertifizierungshierarchie und Vertrauensmodelle
 
Mit der zunehmenden Verbreitung von PKI-basierten Dienstleistungen erhalten die Anwender eine Vielzahl von verschiedenen Zertifikaten für spezielle Applikationen bzw. je spezifische Verwendungszwecke. Zusätzlich gibt es sehr viele unterschiedliche Public-Key-Infrastrukturen.
 
In der Praxis ist daher sicherzustellen, dass sich die unterschiedlichen Zertifikate auf ihre Gültigkeit und Richtigkeit sowie den passenden Level of Trust überprüfen lassen, damit die angestrebte vertrauenswürdige Kommunikation stattfinden kann. Dies wiederum lässt sich durch verschiedene Vertrauensmodelle für die Zusammenarbeit von Public-Key-Infrastrukturen erreichen.
 
Vertrauensmodell A: Übergeordnete CA (Wurzel-CA, Root CA)
Eine Methode ist die Schaffung einer übergeordneten CA, welche die Wurzelzertifikate der untergeordneten CAs aufnimmt. Wurzelzertifikate sind Zertifikate mit den öffentlichen Schlüsseln der CAs.
 

 

Vertrauensmodell einer Wurzel-CA

 
Ablauf: Die CAWurzel generiert Zertifikate der öffentlichen Schlüssel der untergeordneten CAs. Der öffentliche Schlüssel der CAWurzel ist im Personal Security Environment (z. B. auf einer Smartcard) untergebracht oder wird für einen einfachen Abruf als Zertifikat der untergeordneten CAs zur Verfügung gestellt. Damit ist jeder Teilnehmer einer speziellen untergeordneten CA in der Lage, die öffentlichen Schlüssel einer anderen untergeordneten CA zu verifizieren und auch die Zertifikate mit den öffentlichen Schlüsseln der Teilnehmer der entsprechenden untergeordneten CAs zu überprüfen.
 
Bewertung: In den meisten Fällen akzeptieren Unternehmen, Organisationen oder Länder keine derartige Unterordnung, da sie zu große Abhängigkeiten von einer zentralen Autorität schafft: Im Extremfall würde eine für alle verbindliche Welt-CA eingerichtet. Da dieses Maß an Zentralisierung meist weder nötig noch realisierbar ist ist, hat sich das Modell der Wurzel-CA nur in großen,  geschlossenen PKI-Systemen etabliert, die nicht für eine organisationsübergreifende Kommunikation konzipiert wurden.
 
Vertrauensmodell B: n:n-Cross-Zertifizierung
Ein weiterer Ansatz ist, dass jede CA ihre öffentlichen Schlüssel selbstständig mit jeder anderen CA austauscht.
 

 

Vertrauensmodell einer n:n-Cross-Zertifizierung

 
Ablauf: Jede CA stellt jeder anderen ihre eigenen öffentlichen Schlüssel zur Verfügung und übernimmt deren Zertifikate bzw. erkennt sie an. Dieser Prozess ist sehr aufwändig, weil der authentische Austausch der öffentlichen Schlüssel in der Regel ein persönliches Treffen der beteiligten PKI-Betreiber notwendig macht.
 
Bewertung: Dieses Vertrauensmodell erfordert multiple Vertragsverhandlungen und ermöglicht  abweichende Verträge und Vereinbarungen zwischen den beteiligten PKI-Betreibern. Bei einer Vielzahl von Beteiligten wird die daraus entstehende Infrastruktur jedoch schnell sehr komplex und lässt sich nur schwer verwalten. Daher hat es sich nur bei kleinen Gruppen unabhängiger PKI-Betreiber durchgesetzt, und auch dort nur in abgegrenzten Geschäftsprozessen.
 
Vertrauensmodell C: 1:n Cross-Zertifizierung (Bridge CA)
Ein viel versprechendes Konzept stellt demgegenüber der Bridge-CA-Ansatz dar, weil er zum einen den Verwaltungsaufwand klein hält, zum anderen den angeschlossenen CAs die Entscheidungsfreiheit über die passende Vertrauenskette lässt. Erreicht wird dies durch ein neue, sehr einfach gehaltene Struktur, bei der alle nachgeordneten CAs authentisch ihre öffentlichen Schlüssel an die Bridge CA übergeben, die ihrerseits als eine zentrale Vermittlungsinstanz zwischen den beteiligten Organisationen fungiert.
 

 

Vertrauensmodell einer 1:n-Cross-Zertifizierung am Beispiel einer Bridge CA

 
Ablauf: Die CAs übergeben authentisch ihren öffentlichen Schlüssel an eine zentrale Bridge-CA. Diese signiert eine Tabelle der öffentlichen Schlüssel aller beteiligten CAs. Die eigene CA stellt dann all ihren Teilnehmern den öffentlichen Schlüssel der Bridge-CA als Zertifikat zur Verfügung.
 
Bewertung: Bei der 1:n-Cross-Zertifizierung gibt es für jede CA nur einen Vertragspartner, die Bridge-CA. Das reduziert den Abstimmungsaufwand und ermöglicht dennoch, in jedem Fall ein passendes Vertrauensmodell einzuführen. Die Kunst einer erfolgreichen Bridge-CA besteht darin, eine Policy zu erarbeiten, die möglichst viele PKI-Betreiber politisch wollen und technisch erfüllen können.

Beispiel für eine Bridge CA ist die vom TeleTrusT e.V. betriebene European Bridge CA, die sich zum Ziel gesetzt hat, eine Brücke des Vertrauens zwischen verschiedenen PKIs weltweit herzustellen. Zu diesem Zweck hat TeleTrusT pragmatische Leitlinien-Anforderungen und technische Vorbedingungen definiert, die eine vertrauenswürdige Kommunikation über organisatorische Grenzen hinweg erlauben. Gleichzeitig gilt es, bei allen Beteiligten ein gemeinsames Verständnis für den Nutzen und den korrekten Einsatz digitaler Signaturen herzustellen. Die Praktikabilität, die Flexibilität der vereinbarten Lösungen und der Schutz der getätigten Investitionen in die Sicherheitsinfrastruktur stehen im Vordergrund.
 
Die European Bridge CA stellt eine allgemeine Plattform dafür zur Verfügung, die die teilnehmenden CAs auf eine vertrauenswürdige, aber einfache Weise verbindet. Ein standardisiertes technisches und organisatorisches Regelwerk, das die Integration neuer CAs in die Infrastruktur erleichtert. Sobald sich ein neuer Teilnehmer anschließt, können alle Mitglieder seiner PKI mit allen Mitgliedern der anderen Bridge-CA-Partner vertrauenswürdig kommunizieren. Eine einheitliche formale Registrierungsprozedur stellt dabei sicher, dass alle Teilnehmer den Mindestanforderungen gerecht werden (s. dazu die Webseite www.bridge-ca.org).
 
 
Interoperabilität
 
Leider hat eine Vielzahl unterschiedlicher, teilweise sehr komplexer Standards und Anforderungen die Entstehung übergreifender, verbindlicher Public-Key-Infrastrukturen bislang behindert. Um Interoperabilität zu erreichen, wird daher versucht, technische und organisatorische Hürden so weit wie möglich zu überwinden. Eine wichtige Lösung dabei ist die Spezifikation ISIS-MTT, die TeleTrusT und T7 e.V. mit Unterstützung des Bundeswirtschaftsministeriums ins Leben gerufen haben. ISIS-MTT legt eindeutig fest, welche Merkmale existierende PKI-Standards aufweisen müssen, um international einsatzfähig zu sein, und schafft damit letztlich die Grundlage für Modelle wie die European Bridge CA.
 

 

Die Spezifikation ISIS-MTT gibt eindeutige Merkmale für internationale PKI-Standards wie die European Bridge CA vor

 
 
Fazit: Vertrauensmodelle von Public-Key-Infrastrukturen
 
Die größten Probleme bei der flächendeckenden Einführung von PKI-Systemen ergeben sich aus teils inkompatiblen, teils für den praktischen Einsatz wenig geeigneten Standards und Vetrauensmodellen. Konzepte wie die European Bridge CA und Spezifikationen wie ISIS-MTT können helfen, diese zu lösen. Allerdings werden auch in Zukunft weitere Anstrengungen, nötig sein, um einen verbindlichen, organisations-, länder- und kulturübergreifenden Level of Trust zu schaffen, der die Einführung international verbindlicher Modelle gestattet.
 
 
Zusammenfassung und Ausblick
 
Kryptographie spielt in der vernetzten Wissens- und Informations-Gesellschaft eine wichtige Rolle, um eine notwendige Sicherheit und Vertrauen zu erzielen. Die verschiedenen Algorithmen verändern sich mit der Zeit in ihrer Stärke und Widerstandskraft und müssen daher ständig verbessert, erweitert und ausgetauscht werden. Aus diesem Grund sollten wir immer wieder die verwendeten Kryptographiekomponenten überprüfen und anpassen.

 
 
Zu den Autoren:
 

Prof. Dr. Norbert Pohlmann ist Informatikprofessor für Verteilte Systeme und Informationssicherheit sowie geschäftsführender Direktor des Instituts für Internet-Sicherheit der Fachhochschule Gelsenkirchen.
 
E-Mail: norbert.pohlmann at informatik.fh-gelsenkirchen.de

 
Dipl.-Inform. (FH) Malte Hesse ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Internet-Sicherheit der Fachhochschule Gelsenkirchen.

 
E-Mail: hesse at internet-sicherheit.de

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