Cloudflare pārbauda apjomīgus kvantu drošus DNS parakstus

Kad pārlūkprogramma meklē vietnes adresi, vaicājumu ķēde to pārvērš skaitliskā adresē, uz kuru datortīkls var nosūtīt datus. Atbildes iespējams parakstīt, lai lietotāja ierīce varētu pārliecināties, ka tās ceļā neviens nav mainījis. Cloudflare 10. septembrī savam publiskajam DNS serverim 1.1.1.1 ieslēdza jauna veida parakstu pārbaudi, kas paredzēta aizsardzībai pret nākotnes kvantu datoriem. Pārbaude jau darbojas testa domēnā. Taču starp vienu veiksmīgi pārbaudītu vaicājumu un pret kvantu uzbrukumiem drošu internetu ir plaisa, ko viens uzņēmums nevar pārvarēt.

Lielāks vaska zīmogs

Domēniem, kas izmanto DNSSEC, attiecīgajiem DNS ierakstiem pievieno kriptogrāfiskus parakstus. DNS serveris var pārbaudīt katru parakstu līdz pat uzticamo atslēgu ķēdes sākumam un tā apstiprināt, ka ieraksts saņemts no paredzētās DNS pārvaldības iestādes un ceļā nav mainīts. To var salīdzināt ar vaska zīmogu uz pastkartes: zīmogs apliecina sūtītāju, taču pastkartes saturu joprojām var izlasīt ikviens. DNSSEC nešifrē vaicājumu un neaizsargā pārlūkošanas sesiju.

Pašreizējos parakstos izmanto klasisko kriptogrāfiju. Pietiekami jaudīgs kvantu dators teorētiski varētu tos viltot. ML-DSA-44, ko ASV Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST) 2024. gada augustā standartizēja kā FIPS 204, ir paraksta shēma, kuras pamatā ir matemātiskas struktūras, ko kvantu datori, kā pašlaik tiek uzskatīts, nespēs uzlauzt. IANA DNSSEC reģistrā tai piešķīrusi algoritma numuru 18. Cloudflare ieviesis iespēju atpazīt un pārbaudīt šo algoritmu, ja domēns publicē vajadzīgos ierakstus (Cloudflare).

1.1.1.1 lietotājiem nekas nebija jāmaina. Domēnu parakstus, kuros izmantoti līdzšinējie algoritmi, serveris turpina pārbaudīt tāpat kā iepriekš. Tas vienkārši prot atpazīt vēl vienu kriptogrāfisku formātu.

Par lielu vienai paketei

Galvenā tehniskā problēma ir datu apjoms. Viens ML-DSA-44 paraksts aizņem 2 420 baitus, bet publiskā atslēga — vēl 1 312 baitus (NIST FIPS 204, IETF projekts). Klasiskais DNS tika veidots nelielām atbildēm, kas ietilpst vienā tīkla paketē. Jau viens pret kvantu uzbrukumiem drošs paraksts pārsniedz šādas paketes ierasto apjomu.

Ja atbilde ir pārāk liela, vaicājums jāatkārto ar TCP — to pašu protokolu, ko pārlūkprogramma izmanto tīmekļa lapu ielādei. TCP droši pārsūta lielākus datu apjomus, taču prasa papildu datu apmaiņas posmu. Cloudflare publicētajā testā vaicājums domēnam valid.mldsa44.dnstest.dev šādi tika pabeigts 20,7 milisekundēs (Cloudflare). Tas apliecina, ka tehniskais risinājums darbojas. Tomēr tas ir viens piemērs vienā atrašanās vietā, nevis veiktspējas mērījums visā Cloudflare globālajā tīklā. Uzņēmums nav publicējis ne aiztures sadalījumu, ne kļūmju īpatsvaru, ne pārsūtīto datu apjomu.

Virs tā joprojām ir klasiskā uzticamības ķēde

DNSSEC uzticamības ķēde sākas ar saknes atslēgu, turpinās augstākā līmeņa domēnos, piemēram, .com, .de un .fr, un tikai tad sasniedz konkrētu vietni. DNS saknes zona un pārējie līmeņi virs atsevišķiem domēniem pašlaik joprojām izmanto klasiskos paraksta algoritmus. Arī Cloudflare savu autoritatīvo DNS zonu parakstīšanu un iespēju uzņēmuma domēnu reģistratoram iesniegt ML-DSA ierakstus min kā nākamos soļus, nevis jau pieejamas funkcijas (Cloudflare).

Tāpēc visas DNSSEC ķēdes drošību nosaka tās vājākais posms. Ja uzbrucējs ar kvantu datoru spētu viltot klasisko parakstu ķēdes augstākā līmenī, datplūsmu varētu novirzīt, pirms vispār sākas zemāk esošā pēckvantu paraksta pārbaude.

Lai daļēji novērstu šādu risku, Cloudflare ieviesis aizsardzību pret drošības līmeņa pazemināšanu. Ja augstāka līmeņa zona norāda, ka ML-DSA izmantošana ir obligāta, 1.1.1.1 noraidīs atbildi, kuras pārbaudei izmantota tikai vecāka kriptogrāfija. Tas neļauj nemanāmi noņemt jauno aizsardzību zem šā punkta (Cloudflare). Tomēr aizsardzība darbojas tikai tajā ķēdes daļā, kurā pēckvantu parakstīšana jau ir sākta.

Specifikācija, kas nosaka ML-DSA izmantošanu DNSSEC ierakstu formātos, joprojām ir aktīvs IETF darba grupas projekts. Tātad tehniskais formāts vēl nav galīgi saskaņots.

Atšķirībā no šifrētas datplūsmas parakstītie DNS ieraksti ir publiski. Tāpēc šeit nav steidzamības, ko raksturo princips „savākt tagad, atšifrēt vēlāk”: neviens nevar uzkrāt šodienas DNS atbildes un nākotnē tās viltot ar kvantu datoru. Risks radīsies brīdī, kad šādu datoru varēs izmantot parakstu viltošanai. Taču DNS pāreja prasa saknes zonas operatoru, reģistru, domēnu reģistratoru, autoritatīvo serveru, DNS programmatūras un tīkla iekārtu sadarbību. Daļa iekārtu var netikt galā ar pārāk lielām paketēm vai bloķētiem TCP savienojumiem. Agrīna ieviešana ļauj šīs problēmas atrast, pirms tās sāk ietekmēt drošību.

Cloudflare risinājums var kļūt par praktisku vidi tieši šo problēmu pārbaudei, parādot, kuros tīkla posmos pāreja uz TCP neizdodas vai iekārtas atmet lielas atbildes. Uzņēmums ir pierādījis, ka publisks produkcijas vidē strādājošs DNS serveris pēc pārejas uz TCP spēj pārbaudīt ar ML-DSA parakstītu atbildi. Tas vēl nav pierādījis, cik uzticami un ātri šis process darbojas reprezentatīvas slodzes apstākļos.