Cloudflare katsetab mahukaid kvantkindlaid DNS-allkirju

Kui veebilehitseja otsib veebiaadressi, teisendab päringute ahel selle numbriliseks aadressiks, mille järgi arvuti andmed kohale suunab. Vastustele saab lisada digiallkirja, mille abil kontrollib seade, kas neid on teel muudetud. Cloudflare võimaldas 10. septembril avalikul DNS-lahendajal 1.1.1.1 kontrollida uut tüüpi allkirju, mis peaksid vastu pidama tulevastele kvantarvutitele. Katsedomeen läbib kontrolli juba praegu. Ühest edukast päringust kvantikindla internetini on siiski pikk tee, mida ükski ettevõte üksi läbida ei saa.

Suurem vahapitser

DNSSEC-i kasutava domeeni DNS-kirjed kannavad krüptograafilisi allkirju. DNS-lahendaja saab kontrollida allkirjade usaldusahelat ning veenduda, et kirje pärineb õigelt DNS-haldajalt ja seda pole teel muudetud. Põhimõte sarnaneb postkaardile vajutatud vahapitseriga: see tõendab saatjat, kuid ei varja sõnumit. DNSSEC ei krüpteeri päringut ega kaitse veebiseanssi.

Praegused allkirjad tuginevad klassikalisele krüptograafiale, mida piisavalt võimas kvantarvuti võiks teoreetiliselt võltsida. ML-DSA-44 on matemaatilistel struktuuridel põhinev allkirjaskeem, mida kvantarvutid eeldatavasti murda ei suuda. NIST standardis selle 2024. aasta augustis nime all FIPS 204 ning IANA andis algoritmile DNSSEC-i registris numbri 18. Cloudflare lisas oma DNS-lahendajale võime algoritmi tuvastada ja kontrollida, kui domeen avaldab vajalikud kirjed (Cloudflare).

1.1.1.1 kasutajad ei pea midagi muutma. Tavapäraseid algoritme kasutavate domeenide kontroll jätkub endisel viisil. DNS-lahendaja oskab nüüd lihtsalt veel üht allkirjavormingut.

Ühe paketi jaoks liiga suur

Peamine tehniline probleem on allkirjade maht. ML-DSA-44 allkiri on 2 420 baiti ja avalik võti veel 1 312 baiti (NIST FIPS 204, IETF-i kavand). Klassikaline DNS loodi väikeste vastuste jaoks, mis mahuvad ühte võrgupaketti. Juba üks kvantikindel allkiri ületab selle tavapärase mahu.

Liiga suur vastus sunnib päringut TCP kaudu kordama. Veebilehtede edastamisel kasutatav TCP saab suurte andmemahtudega usaldusväärselt hakkama, kuid lisab ühe edasi-tagasi andmevahetuse. Cloudflare’i avaldatud katses kulus domeeni valid.mldsa44.dnstest.dev päringule koos TCP-le üleminekuga 20,7 millisekundit (Cloudflare). See kinnitab lahenduse tehnilist toimivust, kuid kirjeldab ainult üht päringut ühest asukohast, mitte Cloudflare’i üleilmse võrgu jõudlust. Ettevõte ei avaldanud viiteaja jaotust, tõrgete sagedust ega andmesidemahu näitajaid.

Usaldusahela ülemine osa kasutab endiselt klassikalist krüptograafiat

DNSSEC-i usaldusahel algab juurvõtmest, läbib tippdomeenid, nagu .com, .de ja .fr, ning jõuab alles seejärel konkreetse veebisaidini. DNS-i juurtsoon ja domeenidest kõrgemale jäävad tasandid kasutavad praegu endiselt klassikalisi allkirjaalgoritme. Ka Cloudflare nimetab oma autoriteetsete DNS-tsoonide allkirjastamist ning registripidajale ML-DSA kirjete esitamise võimaldamist alles järgmisteks sammudeks, mitte olemasolevateks võimekusteks (Cloudflare).

See piirab kogu süsteemi tugevust, sest DNSSEC-i turvalisuse määrab usaldusahela nõrgim lüli. Klassikalist allkirja ahela kõrgemal tasandil võltsida suutev kvant­ründaja saaks liikluse ümber suunata enne, kui madalamal asuva kvantikindla allkirja kontroll üldse algab.

Cloudflare lisas osalise kaitse nõrgemale krüptograafiale tagasimineku vastu. Kui ülemtsoon nõuab ML-DSA kasutamist, lükkab 1.1.1.1 tagasi vastuse, mille õigsust kinnitab ainult vanem krüptograafia. Nii ei saa uuemat kaitset sellest punktist allpool märkamatult eemaldada (Cloudflare). Reegel kaitseb siiski ainult usaldusahela seda osa, kus kvantikindel allkirjastamine on juba kasutusele võetud.

ML-DSA sidumist DNSSEC-i kirjevormingutega kirjeldav spetsifikatsioon on endiselt IETF-i töörühma menetluses olev kavand, mistõttu tehnilise lahenduse üksikasjad pole veel lõplikud.

DNS-i allkirjastatud kirjed on erinevalt krüpteeritud andmesidest avalikud. Siin puudub „kogu praegu, dekrüpteeri hiljem“ risk: tänaseid DNS-vastuseid pole mõtet talletada, et neid tulevase kvantarvutiga tagantjärele võltsida. Oht tekib siis, kui kvantarvutit hakatakse kasutama tulevaste allkirjade võltsimiseks. DNS-i üleviimine uuele krüptograafiale nõuab aga juurtsooni haldajate, domeeniregistrite, registripidajate, autoriteetsete DNS-serverite, lahendajatarkvara ja võrguseadmete koostööd. Osa seadmeid ei pruugi mahukaid pakette või TCP-le üleminekut taluda. Varane katsetamine jätab aega selliste probleemide avastamiseks.

Cloudflare’i lahendus võib kujuneda katsekeskkonnaks, mis näitab tegelikus võrgus, kus TCP-le üleminek ebaõnnestub või võrguseadmed suuri vastuseid kõrvale heidavad. Ettevõte on tõestanud, et tootmises töötav avalik DNS-lahendaja suudab pärast TCP-le üleminekut ML-DSA-ga allkirjastatud vastust kontrollida. Veel pole teada, kui kiiresti ja töökindlalt toimib sama lahendus tavapärase koormuse all.