Cloudflare testuje kvantovo bezpečné DNS

Keď prehliadač vyhľadáva adresu webovej stránky, séria požiadaviek ju preloží na číselnú adresu, podľa ktorej dokáže počítač smerovať spojenie. Odpovede môžu byť digitálne podpísané, takže zariadenie vie overiť, či ich cestou niekto nezmenil. Cloudflare 10. septembra umožnil svojej verejnej službe 1.1.1.1 overovať nový typ podpisu, ktorý má odolať budúcim kvantovým počítačom. Kontrola už funguje na testovacej doméne. Od jedného úspešne overeného vyhľadania ku kvantovo odolnému internetu je však ešte ďaleko a túto medzeru nedokáže preklenúť jediná firma.

Väčšia vosková pečať

Pri doméne zabezpečenej pomocou DNSSEC nesú príslušné záznamy kryptografické podpisy. Rekurzívny DNS resolver, teda služba, ktorá pre zariadenie vyhľadáva číselnú adresu domény, môže každý podpis spätne overiť cez reťaz dôveryhodných kľúčov. Tým potvrdí, že záznam pochádza od očakávanej autority DNS a cestou sa nezmenil. Funguje to podobne ako vosková pečať na pohľadnici: overuje pôvod, no jej obsah si stále môže ktokoľvek prečítať. DNSSEC požiadavku nešifruje ani nechráni následné prehliadanie webu.

Dnešné podpisy používajú klasickú kryptografiu, ktorú by dostatočne výkonný kvantový počítač mohol teoreticky sfalšovať. ML-DSA-44, ktorý americký úrad NIST v auguste 2024 štandardizoval ako FIPS 204, stojí na matematických štruktúrach, s ktorými by si podľa súčasných poznatkov nemali poradiť ani kvantové stroje. Organizácia IANA mu v registri DNSSEC pridelila číslo algoritmu 18. Cloudflare teraz nasadil schopnosť tento algoritmus rozpoznať a overiť, ak doména zverejní potrebné záznamy (Cloudflare).

Používatelia služby 1.1.1.1 nemuseli nič meniť. Domény s bežnými algoritmami sa overujú rovnako ako doteraz. Resolver sa iba naučil pracovať s ďalším typom podpisu.

Priveľké na jeden paket

Hlavným technickým problémom je veľkosť. Podpis ML-DSA-44 má 2 420 bajtov a verejný kľúč ďalších 1 312 bajtov (NIST FIPS 204, návrh IETF). Pôvodné DNS počítalo s malými odpoveďami, ktoré sa zmestia do jediného sieťového paketu. Túto bežnú hranicu prekračuje už samotný kvantovo odolný podpis.

Pri príliš veľkej odpovedi sa požiadavka zopakuje cez TCP, teda protokol, ktorý prehliadače používajú aj pri načítavaní webových stránok. Väčšie množstvo dát prenesie spoľahlivo, potrebuje však ďalšie kolo komunikácie. Zverejnený test Cloudflare s doménou valid.mldsa44.dnstest.dev ukazuje, že celý postup trval 20,7 milisekundy (Cloudflare). Test dokazuje funkčnosť technického riešenia, no ide iba o jeden príklad z jedného miesta, nie o meranie výkonu v celej globálnej sieti Cloudflare. Firma nezverejnila rozdelenie času odozvy, mieru zlyhaní ani údaje o prenesenom objeme dát.

Nad novým podpisom zostáva klasický reťazec

Reťaz dôvery v DNSSEC sa začína koreňovým kľúčom a cez domény najvyššej úrovne, ako sú .com, .de či .fr, pokračuje ku konkrétnym webovým stránkam. Koreň DNS aj vrstvy nad jednotlivými doménami dnes stále používajú klasické podpisové algoritmy. Aj Cloudflare uvádza podpisovanie vlastných autoritatívnych zón DNS a možnosť odosielať záznamy ML-DSA prostredníctvom svojho registrátora medzi budúcimi krokmi, nie medzi súčasnými funkciami (Cloudflare).

DNSSEC je pritom iba také odolné ako jeho najslabší článok. Ak by kvantový útočník dokázal sfalšovať klasický podpis vo vyššej časti reťazca, mohol by presmerovať komunikáciu ešte pred začiatkom kontroly postkvantového podpisu na nižšej úrovni.

Časť tohto problému rieši Cloudflare pravidlom proti oslabeniu ochrany. Ak nadradená zóna vyhlási ML-DSA za povinný, služba 1.1.1.1 odmietne odpoveď overenú iba staršou kryptografiou. Útočník tak nemôže bez upozornenia odstrániť novú ochranu v nižšej časti reťazca (Cloudflare). Pravidlo však chráni len úrovne pod miestom, na ktorom sa postkvantové podpisovanie skutočne začína.

Špecifikácia, ktorá ML-DSA prepája s formátmi záznamov DNSSEC, zostáva rozpracovaným návrhom pracovnej skupiny IETF. O konečnej podobe nasadenia sa teda ešte rokuje.

Podpísané záznamy DNS sú na rozdiel od šifrovanej komunikácie verejné. Neplatí pri nich riziko známe ako „zozbieraj teraz, dešifruj neskôr“: dnešné odpovede DNS nemožno uložiť a neskôr pomocou kvantového počítača spätne sfalšovať. Hrozbou je až falšovanie odpovede v budúcnosti, priamo pri jej použití. Prechod DNS si však vyžaduje spoluprácu prevádzkovateľov koreňových serverov, registrov domén, registrátorov, autoritatívnych serverov, vývojárov resolverov aj výrobcov sieťových zariadení. Tie môžu mať problém s nadrozmernými paketmi alebo blokovaným spojením cez TCP. Skorý začiatok dáva celému ekosystému čas odhaliť takéto prekážky skôr, než sa z nich stane bezpečnostný problém.

Nasadenie môže poslúžiť práve ako skúšobná platforma v reálnej prevádzke a ukázať, kde zlyháva prechod na TCP alebo ktoré zariadenia zahadzujú veľké odpovede. Cloudflare preukázal, že verejný produkčný resolver dokáže po prechode na TCP overiť odpoveď DNS podpísanú pomocou ML-DSA. Zatiaľ však neukázal, ako spoľahlivo a rýchlo tento postup funguje pri zaťažení porovnateľnom s bežnou prevádzkou.