Jak funguje infrastruktura veřejných klíčů (PKI)

Když otevřete web přes HTTPS, podepíšete dokument elektronickým podpisem nebo se přihlásíte pomocí certifikátu, na pozadí často pracuje PKI. Infrastruktura veřejných klíčů vytváří systém důvěry, díky kterému lze ověřit, komu určitý kryptografický klíč patří, a bezpečně jej používat pro šifrování, autentizaci nebo elektronické podpisy. Jak celý systém funguje a proč nestačí pouze vytvořit dvojici kryptografických klíčů?

Co je PKI

Infrastruktura veřejných klíčů, známá pod zkratkou PKI (Public Key Infrastructure), je soubor technologií, pravidel a procesů, které umožňují bezpečně vydávat, spravovat a ověřovat digitální certifikáty a kryptografické klíče. Jejím hlavním cílem je zajistit důvěru v digitálním prostředí a ověřit, že určitý veřejný klíč skutečně patří konkrétní osobě, organizaci, serveru nebo zařízení.

Samotná dvojice veřejného a soukromého klíče totiž nestačí. Bez dalšího ověření nelze poznat, komu veřejný klíč skutečně patří PKI tento problém řeší pomocí digitálních certifikátů, které propojují veřejný klíč s ověřenou identitou a vydává je důvěryhodná certifikační autorita (CA).

S PKI se běžně setkáváme při zabezpečení webových stránek pomocí HTTPS, elektronických podpisech a pečetích, šifrování e-mailů, podepisování softwaru nebo při autentizaci uživatelů a zařízení. Bez této infrastruktury by nebylo možné spolehlivě ověřit identitu protistrany a bezpečně chránit komunikaci na internetu.

Základem je asymetrická kryptografie

PKI je založena na asymetrické kryptografii využívající dvojici matematicky propojených klíčů – veřejný a soukromý. Přestože spolu oba klíče souvisejí, z veřejného klíče není možné odvodit klíč soukromý, což je základním předpokladem bezpečnosti celého systému. 

• Soukromý klíč zůstává výhradně u svého vlastníka a nikdy by neměl být zveřejněn. Používá se například k vytváření elektronických podpisů nebo jako součást šifrovacích operací.
• Veřejný klíč lze naopak bezpečně sdílet s ostatními. Slouží k ověření digitálního podpisu nebo k navázání zabezpečené komunikace.

Výhodou asymetrické kryptografie je, že si dvě strany nemusí předem bezpečně předat tajný klíč. Místo toho stačí zveřejnit veřejný klíč, zatímco soukromý zůstává bezpečně uložený u jeho vlastníka.

Samotný veřejný klíč ale ještě nezaručuje, komu skutečně patří. Útočník by si mohl vytvořit vlastní dvojici klíčů a vydávat se za jinou osobu nebo organizaci. 

Právě proto je součástí PKI také digitální certifikát, který propojuje veřejný klíč s ověřenou identitou jeho vlastníka a je podepsán důvěryhodnou certifikační autoritou. Díky tomu mohou uživatelé i aplikace ověřit, že komunikují se správným serverem nebo osobou.

Digitální certifikát propojuje klíč s identitou

Digitální certifikát si lze představit jako elektronický průkaz totožnosti. Jeho hlavním úkolem je propojit veřejný kryptografický klíč s konkrétní ověřenou identitou, například webovou doménou, organizací, fyzickou osobou nebo zařízením. Díky tomu mohou uživatelé i aplikace ověřit, že veřejný klíč skutečně patří tomu, za koho se jeho držitel vydává.

Nejběžnějším typem jsou certifikáty založené na standardu X.509. Ty obvykle obsahují:

• veřejný klíč,
• identifikaci držitele certifikátu,
• údaje o certifikační autoritě (CA),
• sériové číslo certifikátu,
• dobu platnosti,
• účel použití certifikátu,
• digitální podpis certifikační autority.

Právě digitální podpis certifikační autority potvrzuje, že certifikát vydala důvěryhodná autorita a že jeho obsah nebyl po vydání změněn. Pokud by někdo certifikát upravil nebo podvrhl, při ověřování by neprošel kontrolou.

Digitální certifikáty se využívají například pro zabezpečení webových stránek pomocí HTTPS, elektronické podpisy a pečetě, šifrování e-mailů, podepisování softwaru nebo ověřování uživatelů a zařízení. Při otevření webové stránky přes HTTPS prohlížeč automaticky ověří platnost certifikátu i řetězec důvěry. Pokud vše odpovídá, vytvoří se zabezpečené spojení.

Certifikační autorita jako základ důvěry

Jedním z nejdůležitějších prvků infrastruktury PKI je certifikační autorita (Certificate Authority, CA). Jde o důvěryhodnou organizaci, která vydává digitální certifikáty a potvrzuje, že veřejný klíč skutečně patří konkrétní osobě, organizaci nebo serveru. Bez certifikačních autorit by nebylo možné spolehlivě ověřovat identitu protistrany.

Před vydáním certifikátu certifikační autorita ověří žadatele. Rozsah ověření závisí na typu certifikátu. Může jít pouze o kontrolu domény, ale také o ověření organizace nebo totožnosti konkrétní osoby. Následně certifikát digitálně podepíše svým soukromým klíčem, což umožňuje ověřit jeho pravost i integritu.

Certifikační autority během životního cyklu certifikátu: 

• ověřují identitu žadatele,
• vydávají a digitálně podepisují certifikáty,
• vedou jejich evidenci,
• revokují kompromitované nebo neplatné certifikáty,
• zveřejňují informace o zneplatněných certifikátech prostřednictvím CRL nebo OCSP.

Důvěra v certifikační autority vychází z kořenových certifikátů (Root CA), které jsou předinstalované v operačních systémech a webových prohlížečích. Pokud certifikát webové stránky vede prostřednictvím řetězce důvěry ke kořenové autoritě, prohlížeč jej automaticky považuje za důvěryhodný.

Mezi nejznámější veřejné certifikační autority patří například DigiCert, GlobalSign, Sectigo nebo Let’s Encrypt. Vedle nich si mnoho organizací provozuje také vlastní interní certifikační autority pro správu certifikátů uvnitř firemních sítí.

Jak vzniká řetězec důvěry

Aby bylo možné certifikátům důvěřovat, nestačí jen to, že je vydala certifikační autorita. Je také potřeba ověřit, zda je důvěryhodná samotná autorita. K tomu slouží řetězec důvěry (Chain of Trust), který propojuje certifikát webové stránky nebo jiného subjektu s důvěryhodnou kořenovou certifikační autoritou.

Moderní PKI je postavena na hierarchii několika úrovní:

• Root CA – nejvyšší certifikační autorita, které důvěřují operační systémy a webové prohlížeče.
• Intermediate CA – vydává certifikáty jménem kořenové autority.
• Koncový certifikát – certifikát webové stránky, organizace, uživatele nebo zařízení.

Při návštěvě webové stránky přes HTTPS prohlížeč automaticky zkontroluje celý řetězec. Ověří, že certifikát byl vydán důvěryhodnou autoritou, je platný a nebyl zneplatněn. Pokud všechny kontroly proběhnou úspěšně, vytvoří se zabezpečené spojení.

Oddělení kořenových a zprostředkujících certifikačních autorit zvyšuje bezpečnost celé infrastruktury. Soukromý klíč kořenové autority je přísně chráněný a používá se jen výjimečně, zatímco běžné vydávání certifikátů zajišťují zprostředkující autority. Díky tomu lze případný problém řešit bez nutnosti měnit samotnou kořenovou autoritu.

Jak probíhá vydání certifikátu

Vydání digitálního certifikátu probíhá v několika navazujících krocích. Přestože se konkrétní postup může lišit podle typu certifikátu nebo certifikační autority, základní princip zůstává stejný – propojit veřejný klíč s ověřenou identitou jeho držitele.

Celý proces obvykle zahrnuje následující kroky: 

1. Vygenerování dvojice klíčů – nejprve vznikne dvojice kryptografických klíčů (soukromý a veřejný). Soukromý klíč zůstává bezpečně uložen u vlastníka, zatímco veřejný klíč bude součástí certifikátu.
2. Vytvoření žádosti o certifikát (CSR) – následně se vytvoří žádost označovaná jako Certificate Signing Request (CSR). Ta obsahuje veřejný klíč a další informace, například název domény nebo organizace.
3. Ověření žadatele – certifikační autorita zkontroluje, zda žadatel splňuje podmínky pro vydání certifikátu. V závislosti na jeho typu může ověřovat vlastnictví domény, existenci organizace nebo totožnost konkrétní osoby.
4. Vydání certifikátu – po úspěšném ověření certifikační autorita vytvoří certifikát a digitálně jej podepíše svým soukromým klíčem. Tím potvrdí, že uvedené údaje jsou důvěryhodné.

Výsledkem je digitální certifikát, který propojuje veřejný klíč s ověřenou identitou. Certifikát lze následně nainstalovat například na webový server, e-mailový server nebo do aplikace, kde slouží k ověřování identity a navazování zabezpečené komunikace.

Je důležité si uvědomit, že certifikát může být veřejně dostupný, zatímco soukromý klíč musí zůstat vždy chráněný. Pokud by došlo k jeho kompromitaci, bylo by nutné certifikát zneplatnit a vydat nový.

Kde se s PKI setkáváme

Přestože většina uživatelů o PKI nikdy přímo neslyšela, využívá ji prakticky každý den. Infrastruktura veřejných klíčů tvoří základ řady technologií, které zajišťují bezpečnou komunikaci, ověřování identity i ochranu citlivých dat na internetu i ve firemních sítích.

Nejznámějším příkladem jsou TLS certifikáty, které umožňují zabezpečené připojení k webovým stránkám prostřednictvím protokolu HTTPS. Když navštívíte internetový obchod nebo internetové bankovnictví, váš prohlížeč pomocí PKI ověří identitu serveru a následně vytvoří šifrované spojení.

PKI se ale využívá i v mnoha dalších oblastech, například pro:

• zabezpečení webových stránek pomocí HTTPS,
• elektronické podpisy a elektronické pečetě,
• šifrování a digitální podepisování e-mailů,
• podepisování softwaru a mobilních aplikací,
• přihlašování pomocí certifikátů,
• autentizaci serverů, zařízení a uživatelů,
• zabezpečení VPN a podnikových sítí,
• ověřování zařízení v prostředí IoT.

S PKI se setkávají také správci firemních sítí. Mnoho organizací provozuje vlastní interní certifikační autoritu, která vydává certifikáty zaměstnancům, serverům nebo síťovým zařízením. Díky tomu lze bezpečně řídit přístup do firemních systémů, šifrovat interní komunikaci nebo ověřovat identitu jednotlivých zařízení.

Ačkoli většina těchto procesů probíhá na pozadí bez zásahu uživatele, právě PKI je jedním z klíčových důvodů, proč dnes můžeme důvěřovat webovým stránkám, elektronickým podpisům nebo zabezpečené komunikaci na internetu.

Veřejná a privátní PKI

Podle toho, komu jsou certifikáty určeny, rozlišujeme veřejnou (Public PKI) a privátní (Private PKI) infrastrukturu veřejných klíčů.

Veřejná PKI se používá pro služby dostupné na internetu. Certifikáty vydávají důvěryhodné certifikační autority, jejichž kořenové certifikáty jsou součástí operačních systémů a webových prohlížečů. Díky tomu mohou uživatelé automaticky důvěřovat například webovým stránkám zabezpečeným pomocí HTTPS.

Privátní PKI si naopak provozuje samotná organizace pro své interní potřeby. Využívá se například pro firemní servery, VPN, podnikové Wi-Fi nebo ověřování zaměstnanců a zařízení.

Oba typy využívají stejné kryptografické principy. Hlavní rozdíl spočívá v tom, kdo certifikátům důvěřuje. Veřejná PKI je určena pro internet, zatímco privátní PKI slouží především pro interní firemní prostředí.

PKI je systém digitální důvěry

PKI si lze představit jako infrastrukturu, která propojuje kryptografii s ověřenou identitou. Asymetrická kryptografie poskytuje veřejné a soukromé klíče, digitální certifikát propojuje veřejný klíč s konkrétním subjektem a certifikační autority vytvářejí hierarchii důvěry, podle které mohou ostatní systémy certifikáty ověřovat.

Právě díky tomuto principu nemusíme při každém připojení k webu ručně zjišťovat, zda veřejný klíč skutečně patří správnému serveru. Ověření probíhá automaticky prostřednictvím certifikátů a důvěryhodných certifikačních autorit.

Pro firmy je však stejně důležitá i správa životního cyklu certifikátů. S rostoucím počtem webů, serverů, cloudových služeb a zařízení přibývá certifikátů, které je potřeba pravidelně obnovovat a kontrolovat.

Řešení, jako jsou SSL certifikáty DigiCert od SSLmarketu nebo platforma DigiCert Trust Lifecycle Manager (TLM), pomáhají automatizovat vydávání, obnovu i správu certifikátů a snižují riziko jejich expirace nebo chybné konfigurace.

PKI tak patří mezi základní stavební kameny současné internetové bezpečnosti. Přestože pro běžného uživatele zůstává většinu času neviditelné, stojí za zabezpečeným webem, elektronickými podpisy, autentizací zařízení i řadou dalších technologií, které používáme každý den.