Digitales Zertifikat

Grundprinzip und Zweck

Ein digitales Zertifikat, auch Sicherheitszertifikat genannt, ist eine Datenstruktur. Sie bescheinigt, dass ein öffentlicher Schlüssel zu einer bestimmten Identität gehört oder dass der Zertifikatsinhaber bestimmte Eigenschaften besitzt. Inhaber können Personen, Organisationen oder IT-Systeme sein.

Die meisten Zertifikate enthalten den öffentlichen Schlüssel des Inhabers und werden deshalb als Public-Key-Zertifikate bezeichnet. Ein Zertifikat ohne öffentlichen Schlüssel heißt Attributzertifikat. Die Echtheit und Unverändertheit eines Zertifikats werden durch die digitale Signatur einer Zertifizierungsstelle bestätigt. Diese Signatur lässt sich mit einem asymmetrischen kryptographischen Verfahren prüfen.

Public-Key-Zertifikate lösen ein grundlegendes Problem asymmetrischer Kryptosysteme: Nutzer müssen erkennen können, ob ein öffentlicher Schlüssel wirklich zu dem vorgesehenen Empfänger einer verschlüsselten Nachricht oder zum Sender einer digitalen Signatur gehört. Außerdem muss feststehen, ob der Schlüssel für das verwendete kryptographische Verfahren und den vorgesehenen Zweck eingesetzt werden darf. Dadurch unterstützen Zertifikate die Vertraulichkeit, Authentizität und Integrität von Daten.

Typische Einsatzbereiche sind digitale Signaturen, sichere Netzwerkprotokolle wie TLS – darunter HTTPS für Webbrowser –, IPsec und SSH, der Schutz von E-Mails mit S/MIME oder PGP sowie Authentisierung und Zugriffskontrolle bei Chipkarten.

Inhalt, Antrag und Vertrauenshierarchie

Ein Public-Key-Zertifikat enthält normalerweise mehrere Angaben:

• den Namen oder eine andere eindeutige Bezeichnung des Ausstellers (issuer),
• Regeln und Verfahren für die Ausstellung,
• die Gültigkeitsdauer,
• den öffentlichen Schlüssel,
• den Namen oder eine andere eindeutige Bezeichnung des Eigentümers (subject),
• weitere Informationen über den Eigentümer,
• den zulässigen Anwendungs- und Geltungsbereich des Schlüssels sowie
• die digitale Signatur des Ausstellers über alle übrigen Informationen.

Vor der Beantragung sollten Authentizität, Integrität und Autorisierung des Zertifikatsantrags geprüft werden. Dafür kommen sichere Protokolle wie CMP, EST oder ACME infrage. Attributzertifikate enthalten keinen eigenen öffentlichen Schlüssel. Sie legen zusätzliche Eigenschaften oder Einschränkungen eines Public-Key-Zertifikats fest und verweisen über dessen Seriennummer auf das betroffene Zertifikat.

Der Aussteller wird Zertifizierungsstelle oder Zertifizierungsinstanz genannt. Sie sollte von einer vertrauenswürdigen Organisation oder Stelle, beispielsweise einer Behörde, betrieben werden. Um die Signatur der Aussteller prüfen zu können, muss auch der Signaturschlüssel der Zertifizierungsstelle einer Identität zugeordnet sein. Dafür wird wiederum ein Zertifikat benötigt. Diese Hierarchie von Zertifikaten bildet eine Public-Key-Infrastruktur (PKI).

Ein Zertifikat gilt meist nur während eines festgelegten Zeitraums. Unsichere oder anderweitig nicht mehr verwendbare Schlüssel können vorzeitig gesperrt werden. Sperrinformationen werden typischerweise in einer Zertifikatsperrliste (Certificate Revocation List, CRL) veröffentlicht oder über eine Online-Abfrage wie OCSP bereitgestellt. Die Vertrauenswürdigkeit hängt daher auch davon ab, ob Sperrungen zuverlässig und zeitnah veröffentlicht werden können.

Die Sicherheitsstufe ist unterschiedlich. Manche Zertifizierungsstellen prüfen Antragsteller persönlich anhand eines amtlichen Ausweises, andere prüfen die Angaben kaum oder gar nicht. Zertifikate mit beschränkter Sicherheit sind für Privatanwender häufig kostenlos; höher abgesicherte Zertifikate, etwa qualifizierte Zertifikate auf Basis von Chipkarten, können 50 Euro pro Jahr und mehr kosten. Maßgeblich sind die Zertifizierungsrichtlinien (Certificate Policy, CP) des Ausstellers. Eine Zertifikatsart „fortgeschrittenes Zertifikat“ gibt es nicht; es gibt jedoch eine fortgeschrittene elektronische Signatur.

Rechtliche Bedeutung

Die rechtlichen Bedingungen für digitale Zertifikate, besonders für elektronische Signaturen, werden in vielen Staaten durch eigene Gesetze geregelt. Die EG-Richtlinie 1999/93/EG definierte ein Zertifikat technologieneutral als „eine elektronische Bescheinigung, mit der Signaturprüfdaten einer Person zugeordnet werden und die Identität dieser Person bestätigt wird“. Signaturprüfdaten sind dabei „Daten wie Codes oder öffentliche kryptographische Schlüssel, die zur Überprüfung einer elektronischen Signatur verwendet werden“.

Nach dieser Definition muss sich ein Zertifikat nicht zwingend auf einen kryptographischen Schlüssel beziehen. Die Regelungen wurden sinngemäß in nationale Signaturgesetze übernommen, unter anderem in Deutschland, Österreich und Liechtenstein. In der Praxis handelt es sich dennoch meistens um Public-Key-Zertifikate.

Die Richtlinie und die daraus entstandenen nationalen Gesetze legen Anforderungen an Dienstleistungen zur Ausstellung und Verwaltung von Zertifikaten fest. Besonders vertrauenswürdig und personenbezogen ist das qualifizierte Zertifikat. Seine Ausstellung wird von einer zuständigen Behörde überwacht. In Deutschland ist dafür die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen zuständig, die früher RegTP hieß. In Österreich übernimmt diese Aufgabe die Telekom-Control-Kommission (TKK) als Teil der Rundfunk und Telekom Regulierungs GmbH (RTR).

Eine elektronische Signatur, die mit einer sicheren Signaturerstellungseinheit erzeugt wurde, ist weitgehend einer handschriftlichen Unterschrift gleichgestellt, wenn für den Signaturschlüssel zum Zeitpunkt der Signaturerstellung ein gültiges qualifiziertes Zertifikat vorliegt.

Sicherheitsprobleme und Gegenmaßnahmen

Ein Zertifikat ist nur dann aussagekräftig, wenn die Zuordnung zwischen öffentlichem Schlüssel und Identität zuverlässig geprüft wurde. Deshalb ist die sichere Authentisierung des Antragstellers entscheidend. Nutzer müssen dem Beantragungsprozess der gesamten PKI vertrauen können; die Hauptverantwortung dafür trägt die Zertifizierungsstelle.

Webbrowser und Betriebssysteme stufen viele Zertifizierungsstellen automatisch als vertrauenswürdig ein. Viele davon sind den Anwendern unbekannt. Dadurch wird ein Teil des Vertrauens an die Hersteller der Software delegiert. Die Mindestanforderungen an Zertifizierungsstellen für das World Wide Web werden vom CA/Browser Forum festgelegt.

Aus dem Zertifikat selbst ist oft schwer zu erkennen, wie sorgfältig die Identität geprüft wurde und für welche Anwendungen das Zertifikat geeignet ist. Bei höheren Anforderungen müssten Nutzer die Certificate Policy (CP) und das Certification Practice Statement (CPS) der Zertifizierungsstelle prüfen. Ihre Inhalte werden durch RFC 3647 allgemein vorgegeben. Qualifizierte Zertifikate bieten bei hohen Sicherheitsanforderungen zusätzliche Sicherheiten, weil ihre Aussteller gesetzlichen Vorgaben und staatlicher Aufsicht unterliegen.

Ein Beispiel zeigt die Folgen fehlerhafter Ausstellung: Verisign stellte Zertifikate, die für Microsoft vorgesehen waren, an Personen aus, die sich fälschlich als Microsoft-Mitarbeiter ausgaben. Die Zertifikate konnten dadurch den Anschein erwecken, die Betrüger gehörten zu Microsoft. Beispielsweise hätte damit Programmcode im Namen von Microsoft signiert werden können, sodass Windows ihn ohne Warnung installierte. Die Zertifikate wurden zwar nach Entdeckung des Fehlers sofort widerrufen, enthielten aber keinen Hinweis darauf, wo ein möglicher Widerruf zu finden war. Der Fall zeigt, dass Zertifikate und Zertifizierungsstellen nicht automatisch als zuverlässig angesehen werden dürfen.

Eine Sperrung wirkt nur, wenn bei der Prüfung aktuelle Sperrinformationen verfügbar sind. Dafür dienen insbesondere CRL und Onlineprüfungen wie OCSP.

Formate, Standards und Anbieter

Der wichtigste Standard für digitale Zertifikate ist X.509, der von der internationalen Fernmeldeunion herausgegeben wird. Das verbreitete Format X.509v3 wird unter anderem für SSL/TLS bei Webseiten, S/MIME bei sicherer E-Mail und IPsec bei VPNs verwendet. Auch qualifizierte Zertifikate sind praktisch immer nach X.509v3 aufgebaut. Für Attributzertifikate ist X.509v2 das aktuelle Format. X.509 definiert außerdem Sperrlisten; X.509v2 unterstützt dabei vollständige und inkrementelle Sperrlisten. Die Syntax basiert auf ASN.1, kodiert wird mit DER.

Weitere Profile und Ergänzungen sind RFC 5280 für Zertifikate und Sperrlisten, RFC 5755 für Attributzertifikate, RFC 3739 und ETSI TS 101 862 für qualifizierte Zertifikate sowie Common PKI. Für PGP-Zertifikate gilt RFC 4880. WAP verwendete für WTLS ein besonders kompaktes Format. ISO 7816 Teil 8 beschreibt Card Verifiable Certificates (CV-Zertifikate), die beispielsweise bei elektronischen Reisepässen, dem neuen deutschen Personalausweis, der elektronischen Patientenkarte und dem elektronischen Heilberufsausweis eingesetzt werden. Im Zahlungssystem EMV gibt es ebenfalls ein kompaktes Zertifikatsformat. Für die Verkehrstelematik definieren IEEE 1609.2 und ETSI TS 103 097 spezielle Formate und IEEE 1609.2 zusätzlich ein Sperrlistenformat. ANSI X9.68 beschreibt ein weiteres, kaum genutztes kompaktes Format. SPKI nach RFC 2693 ist ein experimenteller IETF-Standard und wird praktisch nicht eingesetzt.

Für Online-Validierungsdienste gibt es OCSP und SCVP; SCVP wird bisher kaum verwendet. ETSI TS 101 456 und ETSI TS 102 042 definieren für Zertifizierungsstellen verschiedene Sicherheitsniveaus: Qualified Certificate Policy (QCP), Normalized Certificate Policy (NCP), Lightweight Certificate Policy (LCP) und Extended Validity Certificate Policy (EVCP). Werden private Schlüssel der Endteilnehmer auf einer sicheren Signaturerstellungseinheit gespeichert, wird zusätzlich ein Pluszeichen verwendet, etwa bei QCP+.

Bekannte Anbieter für Webserver- und E-Mail-Zertifikate sind Thawte, Verisign, GeoTrust, GlobalSign und CAcert. In Deutschland werden qualifizierte Zertifikate unter anderem von der Bundesnotarkammer, DGN Service GmbH, D-TRUST, DATEV, medisign GmbH und T-Systems angeboten. In Österreich gehört A-Trust zu den Anbietern. In der Schweiz zählen QuoVadis Trustlink Schweiz AG, Swisscom, Die Schweizerische Post (SwissSign) und das Bundesamt für Informatik und Telekommunikation zu den akkreditierten Anbietern.