From Public-Key Linting to Operational Post-Quantum X.509 Assurance for ML-KEM and ML-DSA: Registry-Driven Policy, Mutation-Based Evaluation, and Import Validation

1. Il Problema

Nonostante la standardizzazione finale delle crittografie post-quantum (PQ) basate su reticoli (ML-KEM e ML-DSA) tramite gli standard FIPS 203/204 e le specifiche PKIX/RFC 9881/9935, persiste un rischio operativo significativo. Gli standard definiscono il "pavimento normativo" (la forma corretta degli algoritmi e degli artefatti), ma non assegnano responsabilità di enforcement a fasi specifiche del flusso di lavoro, né definiscono come le violazioni debbano essere gestite in un contesto di deployment reale.

I fallimenti emergono su tre superfici distinte che i tool attuali spesso trattano in modo indifferenziato o incompleto:

1. Superficie Certificato/Profilo: Semantica PKIX (es. vincoli su keyUsage, identificatori di algoritmo).
2. Superficie SPKI/Pubblico: Rappresentazione della chiave pubblica, lunghezze esatte, assenza di parametri e condizioni di canonicità.
3. Superficie Contenitore Chiave Privata/Importazione: Validazione dei container (es. PKCS#8), coerenza tra seed e chiave espansa, e consistenza interna.

L'assenza di un flusso di lavoro riproducibile che distingua chi (Autorità di Certificazione o Importatore) deve eseguire quali controlli e come agire (blocco o avvertimento) rende l'assicurazione operativa (assurance) fragile.

2. Metodologia

Il paper propone un framework di assicurazione operativa chiamato pkix-core, che trasforma i requisiti degli standard finali in un flusso di lavoro esecutivo e tracciabile.

• Modello di Assicurazione Operativa: I requisiti sono mappati su un registro (registry) che assegna a ciascuno:
  • Proprietario: CA pre-issuance (pre-emissione) o Importatore dell'artefatto.
  • Fase: Certificato/Profilo, SPKI/Pubblico, o Contenitore Privato/Importazione.
  • Pacchetto Gate: Tre pacchetti operativi (ca-certificate-profile, ca-spki-public-key, import-private-key).
• Trasformazione Normativa: Le clausole degli standard sono estratte, normalizzate in frasi verificabili e collegate a famiglie di mutazioni deterministiche.
• Modelli di Policy (Mode): Il sistema supporta due modalità operative:
  • Strict: Tutte le 17 richieste attive bloccano l'artefatto in caso di violazione (massima sicurezza).
  • Deployable: Mantiene la stessa copertura di rilevamento, ma degrada una specifica condizione di canonicità ML-KEM da "blocco" a "avvertimento" per ridurre il rumore operativo senza perdere il segnale di sicurezza.
• Validazione: L'implementazione è testata su un corpus congelato (frozen) di 48 artefatti (21 validi, 27 invalidi) generati tramite mutazioni deterministiche, coprendo tutte e tre le superfici operative.

3. Contributi Chiave

1. Modello di Assicurazione Operativa: Definizione di un modello che assegna responsabilità chiare (owner/stage) per ML-KEM e ML-DSA, superando il semplice "linting" delle chiavi pubbliche.
2. Artefatto Registry-Driven: Realizzazione di un sistema basato su un registro di 17 requisiti attivi (10 per la CA, 7 per l'importatore), distribuiti su tre superfici e tre pacchetti gate.
3. Validazione dell'Importazione Chiave Privata: Estensione dell'assicurazione oltre il certificato, includendo la validazione dei container di chiavi private come superficie di primo piano, coprendo tutti i 7 requisiti proprietari dell'importatore.
4. Corpus di Valutazione Controllato: Creazione di un set di dati congelato con mutazioni mirate che permette una valutazione riproducibile, distinguendo tra accettazione del parsing e conformità alla policy.
5. Evidenza di Supporto Disciplinata: Confronto con una baseline congelata (JZLint) e un appendice pubblica limitata, dimostrando le lacune degli approcci attuali senza cadere in studi di prevalenza non controllati.

4. Risultati

I risultati ottenuti sul corpus di 48 artefatti sono i seguenti:

• Rilevamento Completo: In entrambe le modalità (Strict e Deployable), il sistema rileva tutti i 27 artefatti invalidi previsti, con zero falsi positivi sugli artefatti validi.
• Copertura delle Superfici:
  • Certificato/Profilo: 7/7 invalidi rilevati.
  • SPKI/Pubblico: 13/13 invalidi rilevati (inclusa la mutazione di canonicità ML-KEM che genera un avvertimento in modalità Deployable).
  • Importazione Chiave Privata: 7/7 invalidi rilevati, coprendo tutti i requisiti di consistenza seed/chiave espansa.
• Confronto con la Baseline (JZLint): Su un sottoinsieme comparabile di 17 certificati:
  • La baseline congelata rileva solo 5/10 degli invalidi attesi e rifiuta fatalmente 3 certificati validi ML-KEM (fragilità runtime).
  • L'artefatto locale rileva 10/10 degli invalidi e non rifiuta alcun certificato valido.
• Divergenza Parsing vs Policy: L'analisi cross-tool (OpenSSL, pkilint, ecc.) dimostra che l'accettazione del parsing non equivale alla conformità alla policy, evidenziando la necessità di controlli specifici post-quantum.

5. Significato e Impatto

Il paper stabilisce che, una volta definiti gli standard finali, la sfida principale non è più la definizione degli algoritmi, ma l'esecuzione di decisioni responsabili e tracciabili attraverso i confini di certificazione e importazione.

• Cambiamento di Paradigma: Sposta il campo dal semplice "linting" delle chiavi pubbliche a un flusso di lavoro di assicurazione gestibile, dove ogni controllo ha un proprietario, una fase e un'azione policy definita.
• Operatività: Fornisce agli operatori (CA e importatori) recipe esecutivi chiari su cosa eseguire, in quale modalità e come interpretare i risultati prima dell'emissione o dell'importazione.
• Riproducibilità: L'approccio basato su registry e corpus congelato garantisce che le affermazioni di sicurezza siano verificabili, riproducibili e attribuibili, riducendo il rischio di errori di interpretazione degli standard in ambienti di produzione.

In sintesi, il lavoro dimostra che l'assicurazione post-quantum per X.509 richiede un'architettura che integri controlli strutturali, semantici e di importazione in un unico flusso di lavoro governato da policy, superando i limiti degli attuali tool di linting certificate-only.