DIT: A Decentralized Identity and Trust Protocol for Post-Quantum CA-Free Web Authentication

Stellen Sie sich das Internet als eine riesige, geschäftige Stadt vor, in der jedes Geschäft, jede Bank und jedes Zuhause einen sicheren Weg benötigt, um seine Identität zu beweisen. Im Moment verlässt sich diese Stadt auf ein massives, zentralisiertes System von „Notaren“, den sogenannten Certificate Authorities (CAs). Denken Sie an diese CAs als die einzigen Personen, die berechtigt sind, den Ausweis eines Geschäfts zu stempeln. Wenn ein Notar gehackt wird oder einen Fehler macht, ist die Sicherheit der gesamten Stadt gefährdet. Um dies zu beheben, hat die Stadt begonnen, die Ausweise sehr schnell ablaufen zu lassen – manchmal in weniger als 50 Tagen –, was Geschäfte dazu zwingt, sie ständig zu erneuern. Aber das ist so, als würde man versuchen, ein undichtes Dach zu stoppen, indem man die Dachziegel jede Woche austauscht, anstatt das Dach selbst zu reparieren. Das eigentliche Problem ist, dass das System zu abhängig von diesen zentralen Notaren ist und nicht bereit für die Zukunft ist, in der leistungsstarke Quantencomputer die Schlösser dieser Ausweise vollständig knacken könnten.

Dieses Paper stellt eine neue Methode zur Handhabung digitaler Identität vor: DIT (Decentralized Identity and Trust). Anstatt sich auf einen zentralen Notar zu verlassen, schlägt DIT vor, dass jedes Geschäft seinen eigenen Hauptschlüssel halten sollte, der im öffentlichen Verzeichnis der Stadt (dem DNS-System) veröffentlicht wird und von einer Gruppe unabhängiger, ehrlicher Zeugen überprüft wird. Es verwendet „zukunftssichere“ Mathematik, die selbst Quantencomputer nicht knacken können. Die Autoren haben ein funktionierendes Modell dieses Systems gebaut und festgestellt, dass es Identitäten beweisen und Geheimnisse genauso schnell bewahren kann wie das aktuelle System, jedoch ohne die zentralen Notare zu benötigen. Sie geben jedoch auch zu, dass, wenn der Hauptschlüssel verloren geht, der Wiederherstellungsprozess immer noch auf älterer Mathematik basiert, die von Quantencomputern gebrochen werden könnte, und dass das gesamte System nur funktioniert, wenn das öffentliche Verzeichnis der Stadt bereits sicher ist.

Die große Idee: Den Notar abschaffen

Die Art und Weise, wie das Web derzeit sicher bleibt, ist ein wenig wie ein Spiel des „Stille Post“, bei dem man einer Kette von Menschen vertraut, die für einen Fremden bürgen. Man vertraut seinem Browser, der einem großen Unternehmen (der CA) vertraut, welches wiederum für die Website bürgt, die man besucht. Wenn dieses große Unternehmen gehackt wird, kann es jeden sein. Das Paper argumentt, dass diese Kette unterbrochen ist. Die Lösung besteht nicht darin, die Kette kürzer zu machen oder die Karten schneller ablaufen zu lassen; es geht darum, den Mittelsmann komplett auszuschalten.

DIT schlägt ein System vor, bei dem die Identität einer Website direkt im Telefonbuch des Internets (DNS) verankert ist. Anstatt dass eine CA ein Zertifikat stempelt, veröffentlicht die Website einen „Hauptschlüssel“ in ihrem Telefonbucheintrag. Dieser Eintrag wird durch das eigene Sicherheitssystem des Telefonbuchs (DNSSEC) signiert, welches als die ultimative Instanz der Wahrheit fungiert.

Die Drei-Schichten-Sicherheitsburg

Um dies ohne einen zentralen Chef zu ermöglichen, haben die Autoren eine dreischichtige Schlüsselburg entworfen:

1. Der Identitätsschlüssel (Der Hauptschlüssel): Dies ist der permanente, Offline-Hauptschlüssel der Website. Er ist wie die Urkunde eines Hauses. Er ändert sich selten und wird in einem supersicheren Tresor (oder aufgeteilt auf eine Gruppe vertrauenswürdiger Personen) aufbewahrt. Er verwendet ein spezielles, „quantensicheres“ Schloss (ML-DSA-65), das als unknackbar gilt, selbst für zukünftige Quantencomputer.
2. Der Epochenschlüssel (Der Tagespass): Alle 24 Stunden generiert die Website einen brandneuen, temporären Schlüssel. Dies ist wie ein Tagespass, der es einem erlaubt, das Gebäude für nur einen Tag zu betreten. Der Hauptschlüssel signiert diesen Tagespass, um zu sagen: „Ja, dieser Pass ist echt.“ Wenn ein Hacker den Tagespass stiehlt, ist er nur einen Tag lang gültig und zerstört sich dann selbst.
3. Der Sitzungsschlüssel (Der Handschlag): Wenn Sie die Website besuchen, führen Sie und der Server einen Handschlag aus, um einen geheimen Code für genau dieses Gespräch zu erstellen. Dies nutzt eine Mischung aus alter und neuer Mathematik (X25519 und ML-KEM-768), um sicherzustellen, dass selbst wenn jemand Ihr heutiges Gespräch aufzeichnet, er es morgen nicht lesen kann, falls er später die Schlüssel stiehlt.

Das System der „ehrlichen Zeugen“

Woher wissen Sie, dass der Hauptschlüssel im Telefonbuch nicht von einem Hacker ausgetauscht wurde? DIT nutzt ein System von Vertrauenszeugen (Trust Witnesses). Stellen Sie sich eine Gruppe von sieben unabhängigen Prüfern (wie eine Jury) vor, die die Aktivitäten der Website beobachten. Wann immer die Website ihren Hauptschlüssel ändert, muss sie mindestens fünf der sieben Prüfer dazu bringen, die Änderung zu unterzeichnen.

Die Website führt auch ein öffentliches „Transparenzprotokoll“, wie ein Tagebuch mit Glaswänden, in dem jede Schlüsseländerung aufgezeichnet wird. Wenn ein Hacker versucht, den Schlüssel ohne die Zustimmung der Zeugen auszutauschen, kann die Öffentlichkeit dies sofort sehen. Die Autoren haben mathematisch bewiesen, dass ein Hacker das System nicht täuschen kann, solange mindestens drei der sieben Zeugen ehrlich sind.

Das Versprechen der „Quantensicherheit“

Der spannendste Teil von DIT ist, dass es für die Zukunft gebaut ist. Die Autoren verwendeten neue Arten von Mathematik (gitterbasierte Kryptographie), die darauf ausgelegt sind, Angriffen durch Quantencomputer zu widerstehen.

• Authentifizierung: Die Signaturen, die zur Verifizierung der Identität verwendet werden, sind quantensicher.
• Geheimhaltung: Die Art und Weise, wie Geheimnisse ausgetauscht werden, ist ebenfalls quantensicher.

Die Autoren sind jedoch sehr ehrlich über eine Schwachstelle: die Wiederherstellung (Recovery). Wenn der Hauptschlüssel verloren geht oder gestohlen wird, benötigt die Website einen Weg, einen neuen zu erhalten. Die aktuelle Methode zur Wiederherstellung nutzt eine ältere Art von Mathematik (FROST-Schnorr), die gegenüber Quantencomputern anfällig ist. Die Autoren erklären explizit, dass dieser Wiederherstellungspfad nicht quantensicher ist, und schlagen vor, dass ein zukünftiges Update erforderlich sein wird, um dies zu beheben, sobald bessere quantensichere Werkzeuge zur Wiederherstellung verfügbar sind.

Funktioniert es tatsächlich?

Die Autoren haben nicht nur eine Theorie aufgestellt, sondern auch einen funktionierenden Prototyp gebaut und getestet.

• Geschwindigkeit: Wenn ein Nutzer eine Website besucht, die er schon einmal gesehen hat (der „warme Pfad“), ist DIT genauso schnell wie das aktuelle System und benötigt etwa 6 KB an Daten zur Verifizierung.
• Erster Besuch: Beim ersten Mal, wenn ein Nutzer eine neue Website besucht (der „kalte Pfad“), werden etwas mehr Daten benötigt (~34 KB), da der Nutzer die Zeugensignaturen und die Protokollhistorie herunterladen muss. Aber diese Kosten fallen nur einmal an; alle zukünftigen Besuche sind schnell.
• Effizienz: Da die täglichen Schlüssel automatisch rotieren, müssten Websites ihre Zertifikate nicht tausendfach im Jahr erneuern. Die Autoren berechneten, dass dies für ein Unternehmen mit 1.000 Domains die Verwaltung von 8.000 Erneuerungen pro Jahr spart, indem es diese Zahl auf Null senkt.

Der Haken: Es braucht ein sicheres Telefonbuch

Das Paper schließt mit einer entscheidenden Realitätsprüfung ab. DIT ist ein brillanter neuer Motor, aber er benötigt eine bestimmte Art von Straße, auf der er fahren kann. Es erfordert, dass das Telefonbuch des Internets (DNS) mit DNSSEC gesichert ist. Derzeit nutzt nur ein kleiner Bruchteil des Webs diese Sicherheit. Wenn das Telefonbuch selbst nicht sicher ist, bricht das gesamte DIT-System zusammen.

Zudem setzt das System voraus, dass Browser und Websites diese neuen Standards übernehmen. Die Autoren schlagen eine schrittweise Einführung vor: zuerst als Browser-Erweiterung, dann als integrierte Funktion und schließlich als Standardweg, wie das Web funktioniert.

Kurz gesagt: DIT bietet eine Möglichkeit, ein Web zu bauen, in dem Sie keiner zentralen Autorität vertrauen müssen, in dem Ihre Geheimnisse vor zukünftigen Quantencomputern sicher sind und in dem Websites ihre IDs nicht ständig erneuern müssen. Aber es ist kein Zauberstab; es erfordert, dass die zugrunde liegende Infrastruktur des Internets aufholt, und es hat immer noch einen „klassischen“ Schwachpunkt, wenn es um die Wiederherstellung verlorener Schlüssel geht. Die Autoren haben gezeigt, dass es möglich ist, aber der Weg, dies zum neuen Standard zu machen, hat gerade erst begonnen.