mini|Bildschirmdarstellung des X.509-Zertifikats eines Webservers
Ein digitales Zertifikat (auch Sicherheitszertifikat) ist eine Datenstruktur, die die Zuordnung eines öffentlichen Schlüssels zu einer Identität oder bestimmte Eigenschaften des Zertifikatsinhabers bescheinigt. Der Zertifikatsinhaber kann eine Person, Organisation oder ein IT-System sein. Digitale Zertifikate werden durch eine Zertifizierungsstelle ausgestellt, die Bestandteil einer Public-Key-Infrastruktur ist. Die Authentizität und Integrität eines Zertifikats wird durch eine digitale Signatur der Zertifizierungsstelle beglaubigt, die durch ein asymmetrisches kryptographisches Verfahren überprüft werden kann.
Meist enthält ein Zertifikat den öffentlichen Schlüssel des Inhabers, weshalb es auch als Public-Key-Zertifikat bezeichnet wird. Ein Zertifikat ohne öffentlichen Schlüssel wird Attributzertifikat genannt. Weit verbreitet sind Public-Key-Zertifikate nach dem X.509-Standard, der von der ITU-T und der Internet Engineering Task Force herausgegeben wird. Im Kontext elektronischer Signaturen wird der Begriff Zertifikat durch die Europäische Union technikneutral definiert (siehe Abschnitt #Rechtliche Aspekte), so dass ein Zertifikat sich nicht notwendigerweise auf einen kryptographischen Schlüssel beziehen muss, sondern allgemein Daten zur Prüfung einer elektronischen Signatur enthält. In der Praxis handelt es sich jedoch meist um Public-Key-Zertifikate.
Public-Key-Zertifikate Ein Public-Key-Zertifikat ist ein digitales Zertifikat, das den Eigentümer sowie weitere Eigenschaften eines öffentlichen Schlüssels bestätigt. Durch ein Public-Key-Zertifikat können Nutzer eines asymmetrischen Kryptosystems den öffentlichen Schlüssel einer Identität (z. B. einer Person, einer Organisation oder einem IT-System) zuordnen und seinen Geltungsbereich bestimmen. Damit ermöglichen Public-Key-Zertifikate den Schutz der Vertraulichkeit, Authentizität und Integrität von Daten durch die korrekte Anwendung der öffentlichen Schlüssel.
Zur Beantragung muss die Authentizität, Integrität und Autorisierung des Zertfikatsantrags geprüft werden. Dazu sollte ein sicheres Protokoll verwendet werden, etwa CMP, EST oder ACME.
Übersicht Um beim Einsatz von asymmetrischen Kryptosystemen falsche (z. B. untergeschobene) von echten Schlüsseln zu unterscheiden, wird ein Nachweis benötigt, dass der verwendete öffentliche Schlüssel auch zum designierten Empfänger der verschlüsselten Nachricht bzw. zum Sender einer digital signierten Nachricht gehört. Außerdem muss bei der Verschlüsselung und Prüfung der digitalen Signatur sichergestellt werden, dass der Schlüssel auch mit diesem kryptographischen Verfahren und für den gedachten Anwendungsbereich verwendet werden darf. Diese Nachweise werden durch digitale Zertifikate geleistet.
Typische Anwendungen von Public-Key-Zertifikaten sind: Digitale Signaturen, Sicherheit in Netzwerkprotokollen (z. B. TLS, darunter HTTPS für Webbrowser, IPsec oder SSH), Schutz von E-Mails (z. B. mit S/MIME oder PGP), Authentisierung und Zugriffskontrolle bei Chipkarten.
Public-Key-Zertifikate enthalten in der Regel die folgenden Informationen: Den Namen (oder eine andere eindeutige Bezeichnung) des Ausstellers () des Zertifikates. Informationen zu den Regeln und Verfahren, unter denen das Zertifikat ausgegeben wurde. Informationen zur Gültigkeitsdauer des Zertifikates. Den öffentlichen Schlüssel, zu dem das Zertifikat Angaben macht. Den Namen (oder eine andere eindeutige Bezeichnung) des Eigentümers () des öffentlichen Schlüssels. Weitere Informationen zum Eigentümer des öffentlichen Schlüssels. Angaben zum zulässigen Anwendungs- und Geltungsbereich des öffentlichen Schlüssels. Eine digitale Signatur des Ausstellers über alle anderen Informationen.
Die Eigenschaften des im Public-Key-Zertifikat enthaltenen Schlüssels – und damit der Geltungsbereich des Public-Key-Zertifikates – können durch Attributzertifikate genauer festgelegt werden. Attributzertifikate enthalten selbst keinen öffentlichen Schlüssel, sondern verweisen auf das betroffene Public-Key-Zertifikat über dessen Seriennummer.
Der Aussteller eines Zertifikates wird als Zertifizierungsstelle oder Zertifizierungsinstanz bezeichnet. Die Zertifizierungsinstanz sollte von einer vertrauenswürdigen Organisation oder Stelle (z. B. eine Behörde) betrieben werden, damit die Anwender sich auf die in den Zertifikaten enthaltenen Informationen verlassen können. Durch die digitale Signatur über das Zertifikat lässt sich die Authentizität und Integrität des digitalen Zertifikates überprüfen. Für diese Prüfung wird jedoch wiederum eine Zuordnung des Signaturschlüssels des Ausstellers zu seiner Identität, d. h. ein weiteres Zertifikat, benötigt. Diese Hierarchie von Zertifikaten bildet eine Public-Key-Infrastruktur (PKI).
Die Gültigkeit eines digitalen Zertifikates ist meist auf einen im Zertifikat festgelegten Zeitraum begrenzt. Zertifikate für Schlüssel, die nicht mehr sicher sind, können und sollten vorzeitig gesperrt und die Sperrinformationen veröffentlicht werden. Die Vertrauenswürdigkeit eines digitalen Zertifikates hängt in erheblichem Maße davon ab, ob und wie rasch es gesperrt werden kann und wie zuverlässig und zeitnah die Sperrung veröffentlicht wird. Üblicherweise werden Sperrungen über eine Zertifikatsperrliste (engl. Certificate Revocation List, CRL), gelegentlich auch über eine Web-Seite, veröffentlicht. Zunehmend werden auch Dienste zur Online-Abfrage des Sperrstatus (z. B. über OCSP) angeboten.
Zertifikate werden von vielen verschiedenen Zertifizierungsstellen und in vielen verschiedenen Qualitätsstufen ausgegeben. Diese können sich erheblich in der Zuverlässigkeit der im Zertifikat enthaltenen Informationen unterscheiden. So hängt die Verlässlichkeit der Zuordnung zwischen dem öffentlichen Schlüssel und seinem Eigentümer von den eingesetzten Verfahren zur Identifizierung der Schlüsseleigentümer und zur Sperrung der Zertifikate ab. Einige Zertifizierungsstellen identifizieren ihre Antragsteller z. B. nur persönlich und gegen Vorlage eines amtlichen Ausweises, andere führen gar keine Prüfung der Angaben des Antragstellers durch.
Zertifikate mit beschränkter Sicherheit können Privatanwender von vielen Zertifizierungsstellen kostenlos erhalten. Dagegen können Zertifikate höherer Sicherheit (z. B. qualifizierte Zertifikate auf Basis von Chipkarten) 50 Euro pro Jahr und mehr kosten. Letztendlich entscheiden die Zertifizierungsrichtlinien (Certificate Policy oder CP) des Ausstellers über das Sicherheitsniveau. Bisweilen als fortgeschrittene bezeichnete Zertifikate gibt es nicht (es gibt jedoch eine Fortgeschrittene elektronische Signatur).
Rechtliche Aspekte Die rechtlichen Rahmenbedingungen für die Ausstellung digitaler Zertifikate, vor allem für elektronische Signaturen, sind in vielen Staaten durch eigene Gesetze geregelt.
In der EG-Richtlinie 1999/93/EG ist ein Zertifikat technologieneutral definiert und muss sich daher nicht notwendigerweise auf einen kryptographischen Schlüssel beziehen: Ein Zertifikat ist „eine elektronische Bescheinigung, mit der Signaturprüfdaten einer Person zugeordnet werden und die Identität dieser Person bestätigt wird“, wobei Signaturprüfdaten als „Daten wie Codes oder öffentliche kryptographische Schlüssel, die zur Überprüfung einer elektronischen Signatur verwendet werden“ definiert sind. Diese Definitionen wurden sinngemäß in die nationalen Signaturgesetze der Mitgliedstaaten der Europäischen Gemeinschaft und die anderen Staaten des Europäischen Wirtschaftsraumes, insbesondere in das deutsche Signaturgesetz, das österreichische Signaturgesetz und das liechtensteinische Signaturgesetz, übernommen.
Die Richtlinie und die darauf basierenden nationalen Gesetze definieren einheitliche Anforderungen an Dienstleistungen für die Ausstellung und Verwaltung von Zertifikaten. Insbesondere wurde das qualifizierte Zertifikat als besonders vertrauenswürdiges und personenbezogenes Public-Key-Zertifikat definiert.
Die Ausgabe von qualifizierten Zertifikaten unterliegt der Überwachung einer zuständigen Behörde. In Deutschland ist dies die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (ehemals RegTP), in Österreich die Telekom-Control-Kommission (TKK) als Teil der Rundfunk und Telekom Regulierungs GmbH (RTR).
Eine elektronische Signatur, die mit einer sicheren Signaturerstellungseinheit erstellt wurde, ist weitgehend einer handschriftlichen Unterschrift gleichgestellt, wenn für den Signaturschlüssel ein (zum Zeitpunkt der Signaturerstellung) gültiges qualifiziertes Zertifikat existiert.
Probleme und Lösungen Ein Public-Key-Zertifikat ist nur dann authentisch, wenn die Zuordnung des öffentlichen Schlüssels zur Identität des Inhabers verlässlich ist. Dazu ist eine sichere Authentisierung des Antragstellers entscheidend. Diese wird bei der Beantragung aber oftmals nur unzureichend durchgeführt. Nutzer des Zertifikats müssen hierzu dem gesamten Beantragungsprozess der PKI vertrauen können, wofür die Zertifizierungsstelle die Hauptverantwortung trägt.
In Webbrowsern und Betriebssystemen werden sehr viele Zertifizierungsstellen als vertrauenswürdig eingestuft. Allerdings sind viele dieser Firmen und Organisationen den meisten Anwendern unbekannt. Der Anwender delegiert somit sein Vertrauen an den Hersteller der Software. Die Mindestanforderungen an Zertifizierungsstellen für das World Wide Web werden vom CA/Browser Forum definiert.
Ein zweites Problem ist, dass dem Zertifikat selbst nur schwer anzusehen ist, wie sicher die bei seiner Ausstellung und Veröffentlichung eingesetzten Verfahren sind und für welche Anwendungen das Zertifikat überhaupt geeignet oder vorgesehen ist. Der Anwender müsste dafür die entsprechenden Dokumentationen der Zertifizierungsstelle, die Certificate Policy (CP) und das Certification Practice Statement (CPS), lesen, deren Inhalte durch RFC 3647 allgemein vorgegeben sind. Bei hohen Sicherheitsanforderungen können qualifizierte Zertifikate verwendet werden, deren Aussteller gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsvorgaben und staatlicher Aufsicht unterliegen.
Diese Probleme wurden beispielsweise durch einen Vorfall deutlich, bei dem Verisign auf die Firma Microsoft ausgestellte Zertifikate an Personen ausgab, die sich fälschlicherweise als Microsoft-Mitarbeiter ausgegeben hatten.CERT Advisory CA-2001-04 Unauthentic “Microsoft Corporation” Certificates Mit diesen Zertifikaten hatten die Betrüger nun einen augenscheinlich vertrauenswürdigen Beleg dafür, dass sie zur Firma Microsoft gehörten. Es wäre z. B. möglich gewesen, Programmcode im Namen von Microsoft zu signieren, so dass er von Windows-Betriebssystemen ohne Warnung installiert würde. Obwohl diese Zertifikate sofort widerrufen wurden, nachdem der Fehler bemerkt wurde, stellten sie doch weiterhin ein Sicherheitsrisiko dar, da die Zertifikate keinen Hinweis darauf enthielten, wo ein möglicher Widerruf zu finden ist. Dieser Fall ist ein Zeichen dafür, dass man sich nicht immer auf die Vertrauenswürdigkeit von Zertifikaten und die Sorgfalt von Zertifizierungsstellen verlassen kann.
Die Sperrung eines Zertifikats ist nur dann effektiv, wenn bei der Prüfung aktuelle Sperrinformationen vorliegen. Zu diesem Zweck können Zertifikatsperrlisten (CRL) oder Onlineprüfungen (z. B. OCSP) abgerufen werden.
Standards Struktur und Inhalt von digitalen Zertifikaten werden durch diverse Standards vorgegeben. Am weitesten verbreitet ist der Standard X.509 der internationalen Fernmeldeunion. Das aktuelle Zertifikatsformat X.509v3 (Version 3) wird z. B. für die sichere Kommunikation mit Web-Seiten über SSL/TLS, für sichere E-Mail über S/MIME und für Virtual Private Networks (VPN) über IPsec verwendet. Auch qualifizierte Zertifikate sind praktisch immer nach X509v3 aufgebaut.