Google hat ein neues Programm in Chrome angekündigt, um HTTPS-Zertifikate zu entwickeln, die gegen Bedrohungen resistent sind, die von Quantencomputern ausgehen könnten, ohne TLS-Verbindungen mit den Bandbreiten- und Leistungskosten zu belasten, die mit herkömmlichen Zertifikaten verbunden sind, welche Algorithmen für die Post-Quanten-Kryptografie verwenden. Das Unternehmen entwickelt diesen Ansatz gemeinsam mit weiteren Partnern im Rahmen von Merkle-Tree-Zertifikaten, kurz MTCs, parallel zu den Arbeiten der PLANTS-Arbeitsgruppe der IETF.
Die Initiative kommt zu einem Zeitpunkt, an dem das TLS-Ökosystem vor einer praktischen Herausforderung steht: Quantenresistente Kryptografiealgorithmen erzeugen größere Datenmengen. Dadurch kann die Größe der während des Verbindungsaufbaus benötigten X.509-Zertifikatsketten zunehmen, insbesondere bei der Anwendung der Anforderungen an die Zertifikatstransparenz (CT).
Wie funktionieren Merkle-Tree-Zertifikate?
Anstatt sich auf eine große, sequenzielle Kette von Signaturen in der herkömmlichen Public-Key-Infrastruktur zu stützen, verwenden MTCs komprimierte Merkle-Tree-Nachweise. In diesem Modell signiert die Zertifizierungsstelle (CA) eine einzelne Baumwurzel, die probabilistisch Millionen von Zertifikaten repräsentiert, während der Browser nur einen kleinen Nachweis übermittelt, der die Aufnahme des Websitezertifikats in diesen Baum bestätigt.
Google ist der Ansicht, dass dieses Design den Einsatz leistungsfähiger Post-Quanten-Kryptografiealgorithmen ermöglichen kann, ohne die großen Bandbreitenkosten, die durch herkömmliche X.509-Zertifikatsketten entstehen könnten. Das Design trennt außerdem die Stärke des Kryptografiealgorithmus von der Größe der an den Nutzer übertragenen Daten, um die Authentifizierungsdaten beim TLS-Vorgang auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Transparenz erhält in diesem Modell eine zentrale Bedeutung im Ausstellungsprozess: Ein Zertifikat kann nicht ausgestellt werden, ohne in einen öffentlichen Baum aufgenommen zu werden. Dadurch werden die mit dem derzeitigen Zertifikatstransparenz-Ökosystem verbundenen Sicherheitsmerkmale Bestandteil des Designs, ohne den TLS-Vorgang mit derselben Belastung zu versehen.
Chromes schrittweiser Einführungsplan
Chrome testet MTCs bereits mit echtem Internetverkehr. Google zufolge wird die Einführung in drei Phasen erfolgen:
- Phase eins, läuft derzeit: Google führt gemeinsam mit Cloudflare eine Machbarkeitsstudie durch, um die Leistung und Sicherheit von TLS-Verbindungen zu messen, die auf MTCs basieren. Während des Tests wird jede MTC-Verbindung durch ein herkömmliches und vertrauenswürdiges X.509-Zertifikat unterstützt. Dies stellt einen Fallback-Pfad bereit, der die Messung der Leistung und die Überprüfung der Zuverlässigkeit der Ausstellung ermöglicht, ohne die Sicherheit oder Stabilität der Verbindung zu gefährden.
- Phase zwei, erstes Quartal 2027: Google beabsichtigt, Betreiber von CT-Protokollen, die vor dem 1. Februar 2026 mindestens einen in Chrome nutzbaren Log betrieben haben, zur Teilnahme an der ersten Einführung öffentlicher MTC-Bäume einzuladen.
- Phase drei, drittes Quartal 2027: Google wird Anforderungen für die Aufnahme weiterer Zertifizierungsstellen in den quantenresistenten Root-Store von Chrome festlegen, der als CQRS bekannt ist, sowie für das zugehörige Root-Programm, das ausschließlich MTCs unterstützt. Dieses Programm wird parallel zum bestehenden Chrome-Root-Programm betrieben, um den Übergang schrittweise zu verwalten.
Parallele Vertrauensinfrastruktur und vorgeschlagene Änderungen
Google zufolge wird Phase drei Websites außerdem die Möglichkeit geben, bestimmte Schutzmaßnahmen herabzustufen. Dadurch können Websites, die ausschließlich quantenresistente Zertifikate verwenden möchten, dieser Option folgen. Das Unternehmen wird seine Mitarbeit in der IETF und der C2SP fortsetzen, um sicherzustellen, dass die aus den Experimenten gewonnenen Erkenntnisse in die Standardisierungsarbeit einfließen und Chrome alle relevanten normativen Änderungen unterstützt.
Google schlägt eine Reihe von Richtungen für die künftige TLS-Infrastruktur vor. Dazu gehören die Vereinfachung der für den Aufbau einer sicheren Verbindung erforderlichen Elemente, die Einführung von ausschließlich auf ACME basierenden Arbeitsabläufen sowie die Aktualisierung der Methode zur Meldung des Zertifikatswiderrufsstatus anstelle der alten CRL-Listen, mit Schwerpunkt auf Fällen kompromittierter Schlüssel. Außerdem untersucht das Unternehmen reproduzierbar prüfbare Nachweise der Domainkontrolle, sodass Kontrollnachweise öffentlich und dauerhaft für eine unabhängige Überprüfung verfügbar sind.
Zu den weiteren Richtungen gehören die Priorisierung der betrieblichen Exzellenz bei der Aufnahme von MTC-Ausstellern sowie die Entwicklung einer kontinuierlichen und überprüfbaren externen Überwachung anstelle der alleinigen Abhängigkeit von jährlichen Audits. Gleichzeitig wird Google seine bestehenden Partner im Chrome Root Store weiterhin unterstützen und Roots rotieren, um die Kompatibilität nicht quantenresistenter Ketten mit den Richtlinien des Programms aufrechtzuerhalten. Das Unternehmen erwartet, herkömmliche X.509-Zertifikate, die quantenresistente Algorithmen verwenden, später im Jahr 2026 ausschließlich innerhalb privater Infrastrukturen zu unterstützen, die nicht im Chrome Root Store aufgeführt sind.