Cloudflare patikrino didelius kvantams atsparius DNS parašus

Naršyklei ieškant svetainės adreso, užklausų grandinė jį susieja su skaitiniu adresu, kuriuo kompiuterių tinklas gali nukreipti duomenis. Šie atsakymai gali būti pasirašomi, kad naudotojo įrenginys galėtų patikrinti, ar perduodama informacija nebuvo pakeista. Rugsėjo 10 d. Cloudflare savo viešajame DNS serveryje 1.1.1.1 įjungė naujos rūšies, būsimiems kvantiniams kompiuteriams atsparių parašų tikrinimą. Bandomojo domeno parašas jau sėkmingai patikrinamas, tačiau nuo vienos tokios užklausos iki kvantiniams kompiuteriams atsparaus interneto dar reikia pokyčių, kurių viena bendrovė įgyvendinti negali.

Didesnis vaškinis antspaudas

DNSSEC naudojančio domeno DNS įrašai turi kriptografinius parašus. DNS serveris kiekvieną parašą gali patikrinti pagal patikimų raktų grandinę ir taip įsitikinti, kad įrašą pateikė numatyta DNS tarnyba, o perduodami duomenys nebuvo pakeisti. Tai primena vaškinį antspaudą ant atvirlaiškio: jis patvirtina siuntėją, tačiau neuždengia teksto nuo pašalinių akių. DNSSEC nei šifruoja užklausą, nei apsaugo tolesnį naršyklės ryšį su svetaine.

Dabar naudojami parašai paremti klasikine kriptografija, kurią teoriškai galėtų įveikti pakankamai galingas kvantinis kompiuteris. ML-DSA-44 – matematinėmis struktūromis, kurių kvantiniai kompiuteriai neturėtų pajėgti įveikti, pagrįsta parašų schema. 2024 m. rugpjūtį NIST ją standartizavo kaip FIPS 204, o IANA DNSSEC registre jai suteikė 18-ąjį algoritmo numerį. Cloudflare įdiegė galimybę šį algoritmą atpažinti ir juo pasirašytus duomenis patikrinti, kai domenas paskelbia reikiamus įrašus (Cloudflare).

1.1.1.1 naudotojams nieko keisti nereikėjo, o įprastus algoritmus naudojančių domenų parašai tikrinami kaip anksčiau. DNS serveris tiesiog pradėjo suprasti dar vieną kriptografinį formatą.

Vienam paketui per dideli duomenys

Pagrindinė techninė kliūtis – duomenų apimtis. ML-DSA-44 parašas užima 2 420 baitų, o viešasis raktas – dar 1 312 baitų (NIST FIPS 204, IETF projektas). Klasikinė DNS sistema kurta nedideliems atsakymams, telpantiems viename tinklo pakete, tačiau vienas kvantiniams kompiuteriams atsparus parašas jau viršija įprastą jo dydį.

Kai atsakymas per didelis, užklausa pakartojama naudojant TCP – tą patį perdavimo protokolą, kuriuo naršyklės gauna interneto svetainių duomenis. TCP leidžia patikimai perduoti didesnį duomenų kiekį, tačiau tam prireikia papildomo užklausos ir atsakymo ciklo. Cloudflare paskelbtame bandyme domeno valid.mldsa44.dnstest.dev užklausa taip įvykdyta per 20,7 milisekundės (Cloudflare). Tai patvirtina, kad techninis mechanizmas veikia, bet vienoje vietoje atliktas vienas bandymas neparodo viso Cloudflare pasaulinio tinklo našumo. Bendrovė nepaskelbė nei delsos pasiskirstymo, nei nesėkmingų užklausų dalies, nei perduodamų duomenų apimties rodiklių.

Aukštesnės grandys tebėra klasikinės

DNSSEC pasitikėjimo grandinė prasideda nuo šakninio rakto, tęsiasi per aukščiausio lygio domenus, tokius kaip .com, .de ar .fr, ir tik tada pasiekia konkrečią svetainę. Šiuo metu DNS šakninė zona ir kitos virš atskirų domenų esančios grandys tebepasirašo klasikiniais algoritmais. Net savo autoritetingųjų DNS zonų pasirašymą ir galimybę per Cloudflare registratorių pateikti ML-DSA įrašus bendrovė nurodo kaip būsimus darbus, o ne jau veikiančias paslaugas (Cloudflare).

Tai svarbu, nes DNSSEC saugumas priklauso nuo silpniausios pasitikėjimo grandinės grandies. Klasikinį parašą aukštesniame jos lygmenyje gebantis suklastoti kvantinis užpuolikas galėtų nukreipti duomenų srautą kitur dar neprasidėjus žemiau esančio kvantiniams kompiuteriams atsparaus parašo tikrinimui.

Dalį šios rizikos Cloudflare mažina apsauga nuo grįžimo prie silpnesnio algoritmo. Jei aukštesnio lygio zona nurodo, kad būtina naudoti ML-DSA, 1.1.1.1 atmes atsakymą, patvirtintą vien senesne kriptografija. Taip naujosios apsaugos neįmanoma nepastebimai pašalinti žemesnėje grandinės dalyje (Cloudflare). Vis dėlto ši taisyklė galioja tik žemiau tos grandies vietos, kurioje pradedamas kvantiniams kompiuteriams atsparus pasirašymas.

ML-DSA susiejimą su DNSSEC įrašų formatais apibrėžianti specifikacija tebėra rengiamas IETF darbo grupės projektas, todėl galutinis praktinio naudojimo formatas dar derinamas.

Kitaip nei šifruojamo ryšio duomenys, pasirašyti DNS įrašai vieši, todėl čia nėra vadinamosios „surinkti dabar, iššifruoti vėliau“ grėsmės: šiandienos DNS atsakymų kaupimas nesuteiks galimybės ateityje jų suklastoti pasitelkus kvantinį kompiuterį. Rizika atsiras tada, kai parašą bus mėginama klastoti realiu laiku. DNS pertvarkai vis tiek reikia šakninių zonų operatorių, registrų, registratorių, autoritetingųjų serverių, DNS serverių programinės įrangos ir tinklo įrangos valdytojų koordinavimo. Be to, dalis įrangos gali atmesti per didelius paketus ar blokuoti TCP ryšį. Anksti pradėti bandymai leidžia šias problemas aptikti dar iki joms tampant reikšmingomis.

Cloudflare sprendimas galėtų tapti praktinių bandymų aplinka, parodančia, kur nesuveikia perėjimas prie TCP arba kuri tinklo įranga atmeta didelius atsakymus. Bendrovė įrodė, kad viešasis produkcinis DNS serveris, perėjęs prie TCP, gali patikrinti ML-DSA algoritmu pasirašytą DNS atsakymą. Tačiau kol kas neparodyta, kaip greitai ir patikimai šis mechanizmas veikia esant reprezentatyviai apkrovai.