Určení účelu kryptografického materiálu

Po klasifikaci klíčového materiálu je potřeba určit, k čemu má být klíč používán. Samotná existence klíče ještě neříká, jaké operace s ním mohou probíhat ani jaké důsledky bude mít jeho kompromitace. Klíčový materiál může sloužit například k šifrování, digitálnímu podpisu, autentizaci, elektronické pečeti nebo vytváření časových razítek. Technicky mohou některé z těchto účelů používat stejné kryptografické algoritmy. To ale neznamená, že je vhodné stejný klíč mezi různými účely volně přenášet.

Určení účelu proto není pouze popisem v evidenci. Je to pravidlo, které omezuje použití klíče a vytváří vazbu mezi klíčem, jeho vlastníkem, oprávněními a konkrétní kryptografickou operací.

K čemu je klíčový materiál

Klíčový materiál se používá ke kryptografickým operacím, například k digitálnímu podpisu, autentizaci nebo šifrování. Z hlediska kryptografie existují symetrické klíče a asymetrické páry tvořené soukromým a veřejným klíčem. Veřejný a soukromý klíč jsou matematicky svázány, přičemž veřejný klíč lze zveřejnit a soukromý klíč musí být chráněn.

PKI (Public Key Infrastructure) je infrastruktura založená především na asymetrické kryptografii a na vazbě veřejných klíčů na identity nebo jiné subjekty prostřednictvím certifikátů. Praktické systémy však běžně kombinují asymetrické a symetrické mechanismy. V prostředí PKI se klíče a certifikáty používají pro různé účely, například pro:

• podpis,
• autentizaci,
• šifrování,
• elektronickou pečeť,
• služby TSA,
• podpisy certifikační autority,
• podpisy OCSP,
• podpisy CRL,
• Code Signing,
• Device Identity.

Účel je obvykle vyjádřen také parametry certifikátu a použitím příslušných rozšíření. Samotný soukromý klíč však může být z technického hlediska možné použít i pro jinou operaci. Právě zde vzniká důležitý rozdíl mezi tím, co kryptografický mechanismus dovoluje, a tím, co má být podle pravidel dovoleno.
Stejný podpisový klíč může být například technicky použit pro různé formáty podpisu, jako jsou S/MIME nebo CMS/CAdES. Z toho ale automaticky nevyplývá, že má být tentýž klíč použit pro všechny tyto účely. Rozhodnutí závisí na klasifikaci klíče, způsobu jeho správy, oprávněních, požadavcích konkrétní služby a případných právních nebo důkazních důsledcích. Oddělení účelů je proto důležitou součástí správy klíčového materiálu. Bez něj se může stát, že klíč určený pro jeden bezpečnostní nebo právní účel začne být používán jiným způsobem, který nebyl při jeho vytvoření ani při klasifikaci předpokládán.

Elektronický podpis

U osobního podpisového klíče musí být podle požadované úrovně podpisu zajištěna odpovídající vazba na podepisující osobu a ochrana před jeho neoprávněným použitím. U zaručeného elektronického podpisu eIDAS mimo jiné požaduje jedinečnou vazbu na podepisujícího, možnost jeho identifikace a vytvoření podpisu pod jeho výhradní kontrolou. U kvalifikovaného elektronického podpisu jsou tyto požadavky doplněny použitím kvalifikovaného prostředku pro vytváření podpisu a kvalifikovaného certifikátu.
V praxi může ochranu soukromého klíče zajišťovat například QSCD, čipová karta, kryptografický token nebo vhodně navržená vzdálená podpisová služba. Klíč nemá být sdílen ani převáděn mezi osobami způsobem, který by narušil vazbu mezi klíčem a podepisujícím. U elektronického podpisu je proto zásadní vztah:
podepisující osoba – soukromý klíč – podepsaná data – podpisová operace

Každá podpisová operace má být provedena způsobem, který odpovídá požadované úrovni podpisu a zachovává kontrolu oprávněného držitele nad soukromým klíčem. Jakmile existuje důvodná možnost, že stejný osobní podpisový klíč mohla použít jiná osoba, oslabuje se důkazní hodnota vazby mezi podepisujícím a konkrétní podpisovou operací. Pojem non-repudiation je proto vhodné chápat především jako bezpečnostní nebo důkazní vlastnost. Samotný digitální podpis automaticky nezaručuje určitý právní účinek; ten závisí také na identifikaci držitele, ochraně klíče, použité službě a příslušném právním režimu.

Digitální podpis a biometrický podpis

Je potřeba rozlišovat kryptografický digitální podpis a biometrický způsob podepisování.
U digitálního podpisu je kryptograficky ověřována vazba mezi podepsanými daty a soukromým klíčem. Důležitá je proto otázka, kdo měl soukromý klíč pod kontrolou a zda jej mohl použít někdo jiný.
U biometrického podpisu je naopak zaznamenávána charakteristika vlastního úkonu podepisující osoby. Může jít například o sklon pera, rychlost pohybu nebo přítlak. Tyto údaje mohou pomáhat při posuzování toho, zda určitý podpis vytvořila konkrétní osoba, ale samy o sobě nevytvářejí stejnou kryptografickou vazbu mezi dokumentem a podpisem, jako tomu je u kryptografického digitálního podpisu.
Kryptografie tedy řeší jiný problém než biometrická analýza. Jednu metodu nelze jednoduše zaměnit za druhou.

Elektronická pečeť

V případě elektronické pečeti je model důvěry odlišný. Klíč a certifikát jsou spojeny s právnickou osobou. Účelem pečeti není vyjádření vůle konkrétní fyzické osoby, ale zejména prokázání původu a integrity dat. Organizace však musí být schopna prokázat, jak je pečetící klíč spravován a kdo je oprávněn jeho použití iniciovat.
Pečetící klíč může být spravován centrálně a používán automatizovanými systémy nebo více oprávněnými osobami jednajícími jménem organizace. Klíč by však neměl být volně exportovatelný ani kopírovatelný. V praxi může být uložen například v HSM, které umožňuje řízení přístupových oprávnění, oddělení administrátorských rolí a audit kryptografických operací. Konkrétní způsob ochrany musí odpovídat požadované úrovni služby a provoznímu modelu. U pečetě je důležitá zejména vazba:
organizace – soukromý klíč – oprávnění k použití – pečeť – data

Důkazní hodnota pečeti proto nespočívá pouze v tom, že lze matematicky ověřit podpis. Významná je také schopnost organizace doložit, jak byl klíč chráněn, kdo jej mohl použít a za jakých podmínek.

Elektronické časové razítko

Elektronické časové razítko představuje samostatnou kryptografickou službu. Jeho účelem není potvrdit vůli podepisující osoby ani samo o sobě určit původ dokumentu. Slouží k prokázání, že určitá data existovala v dané podobě nejpozději v okamžiku uvedeném v časovém razítku. Soukromý klíč používaný pro vytváření časových razítek spravuje Time Stamping Authority (TSA). Klíč je určen pro tento konkrétní účel a jeho použití by mělo být odděleno od jiných kryptografických funkcí.

Vedle ochrany soukromého klíče je důležitý také důvěryhodný zdroj času, jeho synchronizace s koordinovaným světovým časem (UTC), audit operací a ochrana proti zpětné manipulaci. Důvěryhodnost časového razítka proto závisí na více vazbách:
TSA – soukromý klíč – zdroj času – časové razítko – data

Časové razítko samo o sobě neprokazuje, kdy byl dokument vytvořen, kdo jej vytvořil ani kdo jej podepsal. Prokazuje časovou existenci konkrétních dat v podobě, která byla do služby předložena.

Právní význam

Právní význam elektronických podpisů, pečetí a dalších důvěryhodných služeb je v Evropské unii upraven zejména nařízením eIDAS (electronic Identification, Authentication and Trust Services) a navazujícími předpisy. eIDAS je právní rámec, nikoli technická norma. Stanovuje právní účinky a požadavky na elektronickou identifikaci a služby vytvářející důvěru; technické požadavky a interoperabilita jsou následně rozpracovávány prostřednictvím evropských a mezinárodních standardů a prováděcích aktů.
Použití kryptografického klíčového materiálu v organizaci má přitom širší bezpečnostní a procesní požadavky, které nelze redukovat pouze na eIDAS. Následující přehled proto není taxonomií eIDAS. Jde o praktické rozlišení některých funkcí kryptografických mechanismů. Jednotlivé položky mají rozdílný právní význam a některé nejsou v eIDAS samostatnými právními kategoriemi.

Non-repudiation je v tomto kontextu vhodnější chápat jako důkazní nebo bezpečnostní vlastnost než jako samostatnou právní kategorii. Konkrétní právní účinky závisí na použité službě, úrovni důvěry a právním režimu.
eIDAS je právní rámec Evropské unie. Technické požadavky a interoperabilita jsou v řadě oblastí podporovány standardy ETSI a dalšími specifikacemi a prováděcími akty Evropské komise. Jiné jurisdikce mají vlastní právní a technické rámce. Mezinárodní normy, například ISO/IEC 27001 nebo ISO/IEC 27002, představují bezpečnostní rámce a nelze je zaměňovat s právním rámcem elektronického podpisu.

Kam s autentizací

V přehledu účelů může na první pohled chybět autentizace pomocí digitálního podpisu. Technicky mohou být použity stejné nebo podobné kryptografické algoritmy jako u elektronického podpisu, právní a provozní význam je však odlišný.
Při autentizaci je cílem především prokázat, že protistrana ovládá odpovídající kryptografický klíč. Typickým příkladem je TLS, kde může klient nebo server prokázat držení soukromého klíče pomocí podpisu výzvy (challenge). To ale neznamená, že jde automaticky o elektronický podpis právně významného dokumentu.

Stejný kryptografický algoritmus tedy může být použit pro dvě operace, které mají zcela jiný účel. Právě proto je při správě klíčového materiálu důležité evidovat nejen algoritmus a klíč, ale také jeho účel použití.

Určení účelu jako bezpečnostní pravidlo

Určení účelu klíče by mělo být prakticky použitelné. Nestačí pouze napsat, že jde o „podpisový klíč“. Je vhodné určit alespoň:

• kdo je vlastníkem klíče,
• jaký subjekt klíč používá,
• k jaké službě je klíč přiřazen,
• jaké kryptografické operace jsou povoleny,
• jaké operace jsou zakázány,
• jaká data nebo protokoly může klíč chránit,
• jaká oprávnění jsou s použitím klíče spojena,
• jak dlouho má být klíč používán,
• jak se řeší jeho kompromitace a nahrazení.

Tím vzniká vazba mezi účelem a životním cyklem klíče. Klíč vytvořený pro autentizaci například nemá být později bez dalšího použit jako podpisový klíč jen proto, že použitý algoritmus technicky umožňuje obě operace. Stejně tak není vhodné předpokládat, že jeden univerzální klíč zjednoduší správu. Může sice snížit počet klíčů, ale současně zvýšit rozsah následků jeho kompromitace a ztížit audit i jednoznačné určení, která operace byla oprávněná.

Závěr

Určení účelu klíčového materiálu vytváří hranici mezi tím, co kryptografický klíč technicky umí, a tím, co s ním organizace skutečně dovoluje dělat.
Elektronický podpis, elektronická pečeť, časové razítko, Code Signing nebo autentizace mohou využívat podobné kryptografické principy, ale jejich bezpečnostní, provozní a případně právní význam je odlišný. Proto není vhodné zaměňovat algoritmus za účel.
U osobního podpisového klíče je klíčová vazba na konkrétního podepisujícího. U pečetícího klíče je zásadní vazba na organizaci a její kontrolu nad použitím klíče. U TSA klíče je důležitá vazba na důvěryhodnou službu a zdroj času. U autentizačního klíče zase rozsah oprávnění identity, kterou klíč reprezentuje.
Správně určený účel pak poskytuje základ pro další část správy klíčového materiálu: kdo smí klíč vytvořit, kdo k němu smí přistupovat a kdo jej smí použít.

Autor článku:

Jan Dušátko

Jan Dušátko se počítačům a počítačové bezpečnosti věnuje již skoro čtvrt století. V oblasti kryptografie spolupracoval s předními odborníky např. s Vlastimilem Klímou, či Tomášem Rosou. V tuto chvíli pracuje jako bezpečnostní konzultant, jeho hlavní náplní jsou témata související s kryptografií, bezpečností, e-mailovou komunikací a linuxovými systémy.