Ultimativer Leitfaden zu SSL-Zertifikaten: Von den Grundlagen bis zur Gateway-Bereitstellung

Derzeit hat HTTPS sich zur gängigen Methode der Netzwerkkommunikation entwickelt und wird in verschiedenen Websites und Diensten weit verbreitet eingesetzt, insbesondere in Szenarien, in denen sensible Informationen übertragen werden. HTTPS basiert auf dem SSL/TLS-Protokoll und bietet einen verschlüsselten Kommunikationskanal, der die Sicherheit und Integrität der Datenübertragung gewährleistet und effektiv Datenlecks und Manipulationen verhindert.

SSL-Zertifikate spielen als Schlüsselimplementierung des SSL/TLS-Protokolls in der Praxis eine entscheidende Rolle bei der Überprüfung der Serveridentität und der Sicherung der Datenübertragung.

Kernkonzepte von SSL-Zertifikaten

Bevor wir uns eingehend mit SSL-Zertifikaten befassen, müssen wir die Kernelemente ihrer Funktionsweise verstehen, die hauptsächlich die Konzepte von öffentlichen und privaten Schlüsseln betreffen.

Öffentlicher Schlüssel: Wird verwendet, um Informationen zu verschlüsseln. Sobald Informationen mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt sind, kann nur der entsprechende private Schlüssel sie entschlüsseln und den Inhalt lesen.
Privater Schlüssel: Wird verwendet, um Informationen zu entschlüsseln. Er hat eine Eins-zu-eins-Beziehung mit dem öffentlichen Schlüssel, was bedeutet, dass der private Schlüssel nur Informationen entschlüsseln kann, die mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verschlüsselt wurden.

Öffentliche und private Schlüssel werden als Paar durch einen Algorithmus generiert; sie sind mathematisch miteinander verbunden, können aber nicht voneinander abgeleitet werden. Der öffentliche Schlüssel ist öffentlich zugänglich und kann von jedem eingesehen werden, während der private Schlüssel vertraulich ist und nur dem Schlüsselinhaber bekannt ist, was die Grundlage asymmetrischer Verschlüsselungsalgorithmen darstellt.

Angenommen, Sie möchten verschlüsselte Informationen mit der Website einer Bank austauschen. Der grundlegende Prozess sieht wie folgt aus:

Die Bank stellt Ihnen zunächst ihren öffentlichen Schlüssel zur Verfügung. Dieser öffentliche Schlüssel wird sicher offengelegt (z. B. auf der offiziellen Website der Bank oder über eine vertrauenswürdige dritte Zertifizierungsstelle). Der öffentliche Schlüssel ist Teil eines Schlüsselpaars, das die Bank verwendet, um verschlüsselte Informationen zu empfangen.
Sie verwenden diesen öffentlichen Schlüssel, um die privaten Informationen, die Sie an die Bank senden möchten, zu verschlüsseln. Die Verschlüsselung stellt sicher, dass nur die Person mit dem entsprechenden privaten Schlüssel (d. h. die Bank) die Informationen entschlüsseln und lesen kann. Selbst wenn die verschlüsselten Daten von anderen abgefangen werden, können sie nicht entschlüsselt werden, da nur die Bank den privaten Schlüssel besitzt.
Wenn die Bank die verschlüsselten Informationen empfängt, verwendet sie ihren privaten Schlüssel, um sie zu entschlüsseln. Da der private Schlüssel einzigartig für die Bank ist und mit dem öffentlichen Schlüssel gepaart ist, kann die Bank die von Ihnen gesendeten privaten Informationen erfolgreich entschlüsseln und lesen.
Nach dem Entschlüsseln und Lesen Ihrer Informationen verarbeitet die Bank Ihre Anfrage oder Anweisungen entsprechend. Bei Bedarf kann die Bank auch Ihren öffentlichen Schlüssel verwenden, um ihre Antwort zu verschlüsseln und so die Sicherheit ihrer Antwort zu gewährleisten.

Obwohl dieser Verschlüsselungsprozess perfekt erscheint, besteht ein Risiko: Der öffentliche Schlüssel, den Sie ursprünglich erhalten haben, könnte nicht von der Bank stammen, sondern von einem Betrüger, der sich als die Bank ausgibt. Das bedeutet, dass wenn Sie diesen gefälschten öffentlichen Schlüssel zur Verschlüsselung verwenden, ohne seine Authentizität zu überprüfen, alle abgefangenen Informationen mit dem entsprechenden gefälschten privaten Schlüssel entschlüsselt werden können, was zu einem Informationsleck führt.

Um dieses Problem zu lösen, ist ein Mechanismus erforderlich, der die Legitimität des öffentlichen Schlüssels überprüft. Hier kommt das Konzept der Zertifizierungsstelle (Certificate Authority, CA) ins Spiel. Die CA ist speziell für die Ausstellung von CA-Zertifikaten verantwortlich, die zur Überprüfung der Authentizität öffentlicher Schlüssel verwendet werden. Wenn der öffentliche Schlüssel illegal ist, sollte er nicht zur Verschlüsselung verwendet werden.

Ein SSL-Zertifikat ist eine Art von CA-Zertifikat, das von einer CA ausgestellt wird. Es enthält den öffentlichen Schlüssel des Servers und die Signatur der CA, während der private Schlüssel in der Regel vom Serverbesitzer gehalten wird. Zusammen arbeiten der öffentliche und der private Schlüssel, um die Sicherheit und Integrität der Datenübertragung zu gewährleisten.

SSL-Zertifikate

Nachdem wir die Konzepte von öffentlichen Schlüsseln, privaten Schlüsseln und CA-Zertifikaten verstanden haben, ist der nächste Schritt zu untersuchen, wie diese Konzepte in der realen Kommunikation angewendet werden. Da SSL-Zertifikate zur Verschlüsselung der Kommunikation verwendet werden, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Zertifikate korrekt bereitgestellt werden, um die Sicherheit der Kommunikation und die Vertraulichkeit der Daten zu gewährleisten.

Wie werden Zertifikate auf API-Gateways bereitgestellt?

Nachdem wir die Kernkonzepte von SSL-Zertifikaten verstanden haben, lassen Sie uns diskutieren, wie sie bereitgestellt werden. In der Praxis werden Zertifikate normalerweise auf Gateways bereitgestellt, da Gateways als Einstiegspunkte für alle Client-Anfragen fungieren und eine entscheidende Rolle bei der Empfangs-, Verteilungs-, Verarbeitungs-, Filter- und Verschlüsselungsfunktion zwischen Netzwerken spielen.

Aus Management-Sicht vereinfacht die Bereitstellung von Zertifikaten auf dem Gateway den Zertifikatverwaltungsprozess erheblich. Da die gesamte verschlüsselte Kommunikation über das Gateway erfolgt, müssen SSL-Zertifikate nur auf dem Gateway konfiguriert und verwaltet werden, anstatt auf jedem Server, der eine verschlüsselte Übertragung erfordert.

Beispielsweise umfasst die Bereitstellung von SSL-Zertifikaten im Open-Source-Gateway Apache APISIX zwei Hauptschritte:

SSL-Zertifikat vorbereiten: Kaufen Sie ein SSL-Zertifikat von einer CA oder generieren Sie ein selbstsigniertes Zertifikat (nur für Testumgebungen) und erhalten Sie die Zertifikatsdateien (.crt oder .pem-Format) und die privaten Schlüsseldateien (.key-Format).
Zertifikatressourcen über die Admin-API hinzufügen: APISIX bietet eine Admin-API, mit der Sie SSL-Ressourcen dynamisch erstellen, aktualisieren und löschen können. Sie können SSL-Ressourcen mit einer HTTP-PUT-Anfrage konfigurieren, indem Sie das Zertifikat, den Schlüssel und eine optionale SNI-Liste (Server Name Indication) angeben.

Um eine SSL-Ressource für die Domain test.com zu konfigurieren, können Sie einen Befehl ähnlich dem folgenden verwenden:

curl http://127.0.0.1:9180/apisix/admin/ssls/1 \  
-H 'X-API-KEY: your-api-key' -X PUT -d'  
{  
    "cert" : "'"$(cat t/certs/apisix.crt)"'",
     "key": "'"$(cat t/certs/apisix.key)"'",
     "snis": ["*.test.com"]
}'

Wenn Sie NGINX verwenden, müssen Sie die Konfiguration neu laden, nachdem Sie das SSL-Zertifikat eingerichtet haben. APISIX unterstützt jedoch Hot-Reloading, sodass die Zertifikatskonfiguration sofort nach dem Hinzufügen der SSL-Ressourcen wirksam wird.

SSL-Zertifikat-Workflow

Sobald das SSL-Zertifikat konfiguriert ist, wird, wenn ein Client versucht, über HTTPS eine Verbindung zu test.com oder seinen Subdomains (z. B. www.test.com, wie in der SNI-Liste *.test.com angegeben) herzustellen, APISIX das bereitgestellte Zertifikat und den Schlüssel verwenden, um eine sichere Verbindung herzustellen. Der allgemeine Workflow sieht wie folgt aus:

Handshake-Phase: Wenn der APISIX-Server eine Anfrage auf dem HTTPS-Port (Standard: 9443) empfängt, initiiert er den SSL-Handshake-Prozess. Während dieses Prozesses sendet APISIX das vorkonfigurierte SSL-Zertifikat an den Client. Das Zertifikat enthält den öffentlichen Schlüssel des Servers und Informationen über die CA. Der Client validiert das Zertifikat, überprüft, ob es von einer vertrauenswürdigen CA ausgestellt wurde, ob es innerhalb seiner Gültigkeitsdauer liegt und ob der Domainname mit der angefragten Domain übereinstimmt. Wenn die Validierung erfolgreich ist, generiert der Client eine Zufallszahl als Pre-Master Secret, verschlüsselt sie mit dem öffentlichen Schlüssel des Servers und sendet sie an den Server.
Schlüsselaustausch: APISIX entschlüsselt das Pre-Master Secret mit dem privaten Schlüssel aus der SSL-Ressource und erhält das Pre-Master Secret. Sowohl der Client als auch der Server verwenden dieses Pre-Master Secret und andere Parameter (wie Zufallszahlen und Protokollversionen), um einen gemeinsamen Sitzungsschlüssel zu berechnen, der für die nachfolgende Verschlüsselung und Entschlüsselung verwendet wird.
Datenübertragung: Nach dem Schlüsselaustausch wird ein sicherer verschlüsselter Kanal zwischen dem Client und dem APISIX-Server eingerichtet. Der Client verwendet den Sitzungsschlüssel, um die Daten zu verschlüsseln, bevor er sie an den APISIX-Server sendet, der sie dann mit demselben Sitzungsschlüssel entschlüsselt, um die Originaldaten zu erhalten. Ebenso verschlüsselt APISIX die Daten, bevor sie an den Client zurückgesendet werden.
Anfrage verarbeiten und Antwort zurückgeben: APISIX verarbeitet die empfangene Anfrage (jetzt entschlüsselt) gemäß den konfigurierten Routen. Bevor eine Antwort zurückgegeben wird, verschlüsselt APISIX die Antwortdaten mit dem Sitzungsschlüssel, um eine sichere Übertragung zu gewährleisten.
Verbindung schließen: Nach Abschluss der Kommunikation schließen der Client und der APISIX-Server die SSL-Verbindung sicher und geben die zugehörigen Ressourcen frei.

Wichtige Punkte bei der Verwaltung von SSL-Zertifikaten

SSL-Zertifikate gewährleisten eine sichere und verschlüsselte Kommunikation zwischen dem Client und dem Server. Allerdings reichen SSL-Zertifikate allein nicht aus, um eine langfristige Kommunikationssicherheit zu gewährleisten; das Verständnis der Bedeutung der SSL-Zertifikatsverwaltung ist ebenfalls entscheidend. Eine effektive Zertifikatsverwaltung stellt die fortlaufende Gültigkeit und Sicherheit der Zertifikate sicher und verhindert Sicherheitsrisiken, die durch abgelaufene Zertifikate oder Fehlmanagement verursacht werden.

Bei der Verwaltung von SSL-Zertifikaten auf Gateways sollten folgende wichtige Punkte beachtet werden:

SSL-Zertifikate haben eine feste Gültigkeitsdauer. Sobald sie abgelaufen sind, zeigt der Browser Warnungen an, wenn auf die Website zugegriffen wird, was sich negativ auf das Benutzererlebnis und das Vertrauen in die Website auswirkt. Administratoren sollten regelmäßig die Gültigkeit der Zertifikate überprüfen und Erinnerungen einrichten, um Zertifikate rechtzeitig vor dem Ablauf zu erneuern.
Mit dem Wachstum des Geschäfts wird die manuelle Verwaltung von SSL-Zertifikaten zunehmend unpraktisch. Um menschliche Fehler zu minimieren und Zeit zu sparen, wird empfohlen, Automatisierungstools (z. B. ACME-Clients, Certbot) zu verwenden, um Zertifikate automatisch zu beantragen, bereitzustellen, zu aktualisieren und zu widerrufen.
Zentralisieren Sie die Überwachung des Status und der Leistung von SSL-Zertifikaten, um potenzielle Probleme rechtzeitig zu erkennen und zu beheben. Richten Sie effektive Warnstrategien ein, um Administratoren sofort zu benachrichtigen, wenn Zertifikate kurz vor dem Ablauf stehen, Anomalien aufweisen oder Sicherheitslücken enthalten.

Fazit

Zusammenfassend spielen SSL-Zertifikate eine wesentliche Rolle bei der Sicherung der Netzwerkkommunikation. Durch das Verständnis der Prinzipien und der Verwaltung von SSL-Zertifikaten und deren effektive Bereitstellung auf Gateways können wir die Sicherheit und Integrität der Datenübertragung erheblich verbessern. Dies schützt nicht nur sensible Informationen vor Leckagen oder Manipulationen, sondern verbessert auch das Benutzererlebnis und die Vertrauenswürdigkeit der Website.