Che cos’è l’infrastruttura a chiave pubblica (PKI)?

Per anni, la PKI è rimasta in secondo piano nel panorama della sicurezza aziendale, essendo considerata una questione di competenza esclusiva dei crittografi e degli amministratori di certificati. Ma le cose sono cambiate. Man mano che le organizzazioni adottano Architetture Zero Trust e le identità delle macchine iniziano a superare numericamente quelle umane, la PKI è passata dall’essere uno strumento di supporto in secondo piano a un piano di controllo strategico. Questo articolo spiega cos’è, come funziona e quale ruolo riveste in una moderna strategia di sicurezza.

L'infrastruttura a chiave pubblica (PKI) è l'insieme di hardware, software, politiche e procedure utilizzato per creare, gestire, distribuire, utilizzare, archiviare e revocare i certificati digitali. Un certificato digitale associa una coppia di chiavi crittografiche a un'identità verificata, in modo che chiunque faccia affidamento sulla chiave pubblica possa fidarsi del titolare della chiave privata corrispondente.

Il principio di base è la crittografia asimmetrica. Anziché un unico segreto condiviso, ciascuna parte possiede una chiave pubblica che può essere liberamente distribuita e una chiave privata che rimane sotto il suo esclusivo controllo. La PKI è ciò che rende questo modello applicabile su larga scala, poiché fornisce un modo affidabile per rispondere alla domanda che ogni parte che si affida al sistema deve porsi: questa chiave pubblica appartiene davvero a chi dichiara di appartenere?

Per definizione, un’infrastruttura PKI deve coprire l’intero ciclo di vita di un certificato, non solo la sua creazione. Un’infrastruttura PKI funzionante emette certificati, li distribuisce ai destinatari corretti, ne tiene traccia e li revoca quando non sono più affidabili.

A livello meccanico, la PKI si basa su due operazioni crittografiche che qualsiasi coppia di chiavi asimmetriche è in grado di eseguire. Una chiave può crittografare dati che solo l’altra chiave è in grado di decrittografare. Una chiave può firmare dati in modo tale che l’altra chiave possa verificarli. A seconda del caso d’uso, le chiavi pubblica e privata svolgono ruoli diversi, ma il principio matematico è lo stesso.

Si consideri un browser che si connette a un sito web. All’avvio della connessione, il server presenta il proprio certificato digitale. Il certificato contiene la chiave pubblica del server e una firma rilasciata da un’autorità di certificazione (CA) che garantisce l’identità del server. Il browser verifica tale firma confrontandola con un elenco di CA radice affidabili già note. Se la firma è valida e il certificato non è scaduto né è stato revocato, il browser considera attendibile la chiave pubblica e la utilizza per stabilire una sessione crittografata.

Tale verifica dipende dalla catena di fiducia. Una CA radice si trova al vertice della gerarchia e firma il proprio certificato. Firma inoltre i certificati delle CA intermedie, che a loro volta firmano i certificati delle entità finali rilasciati a server, dispositivi e utenti. Quando una parte affidabile convalida un certificato, risale la catena fino a raggiungere una CA radice di cui già si fida. Ogni anello di quella catena deve essere valido affinché il certificato venga accettato.

Il certificato stesso segue un ciclo di vita ben definito:

1. Generazione di una coppia di chiavi, in cui il richiedente crea una chiave pubblica e una chiave privata.
2. Richiesta di firma del certificato (CSR), in cui il richiedente allega la chiave pubblica insieme alle informazioni identificative e la invia a un’autorità di certificazione (CA).
3. Convalida della CA, in cui la CA (o un’autorità di registrazione che agisce per suo conto) verifica l’identità del richiedente.
4. Emissione: la CA firma il certificato con la propria chiave privata.
5. Distribuzione: il certificato viene installato sul server, sul dispositivo o sull'account utente che lo utilizzerà.
6. Da utilizzare nei casi in cui il certificato attesti l'identità e consenta di eseguire operazioni di crittografia o firma.
7. Rinnovo, prima della scadenza del certificato.
8. Revoca, qualora il certificato fosse compromesso o non fosse più necessario.

Ciascuna di queste fasi ha implicazioni in termini di sicurezza, e la maggior parte delle sfide operative legate alla PKI è riconducibile a una di esse.

Il corretto funzionamento di una PKI dipende da diversi elementi interconnessi. Ciascuno di essi svolge un ruolo specifico nell'emissione dei certificati, nella verifica della loro validità e nella loro gestione durante l'intero ciclo di vita.

Autorità di certificazione (CA)

L'autorità di certificazione è la terza parte fidata che emette i certificati digitali. Una CA firma ogni certificato con la propria chiave privata, il che consente alle parti che si affidano al certificato di verificarne l’autenticità. La maggior parte delle PKI utilizza una gerarchia: una CA radice offline firma i certificati delle CA intermedie, che a loro volta firmano i certificati delle entità finali. Questa struttura limita l’esposizione della chiave radice e offre agli operatori un modo per compartimentare la fiducia.

Autorità di registrazione (RA)

L'autorità di registrazione verifica l'identità di chiunque richieda un certificato. In alcune implementazioni, l'autorità di certificazione (CA) funge anche da autorità di registrazione (RA). In altre, in particolare su scala aziendale, un'autorità di registrazione separata si occupa della verifica, in modo che l'autorità di certificazione possa concentrarsi sulle operazioni crittografiche. In entrambi i casi, l'affidabilità di una PKI dipende dall'accuratezza con cui l'autorità di registrazione svolge il proprio lavoro.

Certificati digitali (X.509)

Lo standard X.509 definisce il formato della maggior parte dei certificati digitali attualmente in uso. Un certificato X.509 contiene il nome distinto del soggetto, la chiave pubblica del soggetto, il nome dell’autorità di certificazione (CA) emittente, le date di emissione e di scadenza del certificato, un numero di serie, gli usi consentiti e la firma della CA. È proprio quella firma a trasformare un insieme di dati identificativi in una credenziale verificabile.

Elenco delle revoche dei certificati (CRL) e OCSP

A volte è necessario invalidare i certificati prima della loro scadenza, perché la chiave privata è stata compromessa, un dipendente ha lasciato l’organizzazione o il certificato è stato emesso per errore. Una CRL è un elenco firmato di certificati revocati che un’autorità di certificazione (CA) pubblica a intervalli regolari. Il protocollo OCSP (Online Certificate Status Protocol) offre un’alternativa in tempo reale, consentendo a una parte affidabile di chiedere a un’autorità di certificazione se un determinato certificato è ancora valido al momento dell’utilizzo.

Archivio dei certificati e sistema di gestione

I certificati devono essere archiviati da qualche parte e gestiti da qualcuno. Un repository di certificati conserva i certificati emessi in modo che possano essere recuperati quando necessario. Un sistema di gestione dei certificati si occupa delle operazioni di emissione, distribuzione, rinnovo e revoca dei certificati su larga scala. Nelle organizzazioni in cui sono in uso migliaia o decine di migliaia di certificati, questo livello di gestione spesso fa la differenza tra una PKI funzionante e una che causa interruzioni del servizio.

Archiviazione e ripristino dei dati chiave

Le chiavi private sono informazioni riservate, ma rappresentano anche risorse fondamentali per l'azienda. Se una chiave privata utilizzata per la crittografia dei dati viene smarrita, i dati crittografati potrebbero risultare irrecuperabili. I sistemi di archiviazione delle chiavi conservano in modo sicuro copie di determinate chiavi private, in modo che i dati possano essere recuperati quando necessario, bilanciando al contempo tale recuperabilità con il rischio di esposizione delle chiavi.

I certificati digitali seguono tutti lo stesso formato di base, ma vengono emessi per finalità diverse e comportano implicazioni diverse in termini di affidabilità. Comprendere cosa protegge ciascun tipo di certificato è utile per chiunque debba decidere come integrare la PKI in una strategia di sicurezza più ampia.

Certificati Secure Sockets Layer (SSL)/Transport Layer Security (TLS)

Proteggere il traffico tra client e server sul web. Questo è l'uso più diffuso della PKI, presente praticamente su ogni sito web HTTPS, endpoint API e servizio di rete crittografato.

Certificati di firma del codice

Consentire agli editori di software di firmare applicazioni, driver e script. Quando un utente o un sistema operativo esegue codice firmato, è possibile verificarne la provenienza e accertarsi che il codice non sia stato manomesso dopo la firma.

E-mail e certificati S/MIME

Consente agli utenti di firmare le e-mail in modo che i destinatari possano verificare l'identità del mittente e di crittografarle affinché solo i destinatari previsti possano leggerle. È una pratica comune nei settori soggetti a regolamentazione e nella pubblica amministrazione.

Certificati di autenticazione dei clienti

Identifica gli utenti e i dispositivi in relazione ai sistemi a cui accedono. Le smart card, le Common Access Card (CAC) e le carte di verifica dell’identità personale (PIV) utilizzate dalle agenzie federali rientrano in questa categoria. Anche le chiavi di sicurezza hardware possono avvalersene, come ad esempio la Serie RSA iShield Key 2.

Certificati di firma dei documenti

Applicare firme crittografiche ai file PDF e ad altri documenti elettronici, conferendo valore legale e probatorio ai contratti, agli atti depositati e ai registri firmati.

Certificati di identità di dispositivi e macchine

Assegnare identità verificabili a dispositivi IoT, server, container e carichi di lavoro. Poiché in alcuni ambienti il numero delle identità delle macchine raggiunge i milioni, si tratta di un ambito di applicazione della PKI in rapida crescita.

L'autenticazione tramite infrastruttura a chiave pubblica (PKI) è il processo che prevede l'utilizzo di un certificato digitale e della chiave privata ad esso associata per dimostrare l'identità. Anziché digitare una password o inserire un codice monouso, l'utente o il dispositivo presenta un certificato e dimostra crittograficamente di essere in possesso della chiave privata corrispondente, rispondendo a una richiesta di autenticazione da parte del sistema che richiede l'autenticazione.

Rispetto alle password e ai codici monouso, l’autenticazione basata su certificati presenta due caratteristiche significative. Innanzitutto, è resistente al phishing. Una chiave privata non può essere digitata in una pagina di accesso contraffatta né inviata a un malintenzionato che intercetta un messaggio. Rimane sull’endpoint o in un token hardware ed esegue operazioni crittografiche esclusivamente a livello locale. In secondo luogo, riduce gli ostacoli per l’utente. Una volta fornito il certificato, il flusso di autenticazione può essere trasparente, senza richiedere alcun input aggiuntivo oltre al semplice contatto con una smart card o allo sblocco di un dispositivo.

L'autenticazione basata su certificati è alla base dei moderni autenticazione senza password e resistente al phishing autenticazione a più fattori, ed è uno degli elementi fondamentali su cui si basano le architetture Zero Trust per garantire l'identità. Anziché affidarsi alla posizione di rete, l'approccio Zero Trust richiede una prova di identità per ogni decisione relativa all'accesso, e la PKI fornisce tale prova in una forma duratura, verificabile e difficile da falsificare.

La PKI è presente in molti contesti, ma la maggior parte delle implementazioni rientra in poche categorie generali. Ciascuna categoria risolve una specifica tipologia di problema legato alla fiducia.

Protezione delle comunicazioni

Il TLS è l'esempio più noto: protegge il traffico web, le chiamate API e le e-mail in transito. Anche le VPN e i tunnel site-to-site si basano sulla PKI per autenticare gli endpoint di un canale crittografato. In ogni caso, la PKI garantisce l'autenticità dell'identità, rendendo così significativa la crittografia.

Dimostrare l'autenticità e l'integrità

La firma del codice consente agli editori di software di dimostrare che i file binari che un utente sta per eseguire provengono dalla fonte prevista. La firma dei documenti svolge la stessa funzione per i PDF e altri file. I meccanismi di aggiornamento del firmware e del software utilizzano la PKI per impedire agli aggressori di inviare aggiornamenti dannosi a intere flotte di dispositivi.

Autenticazione di utenti e dispositivi

Le smart card, le tessere CAC/PIV e gli accessi basati su certificati consentono alle organizzazioni di verificare l’identità dell’utente all’altro capo di una sessione, su un dispositivo conforme alle politiche aziendali. È proprio in questo ambito che la PKI si integra più direttamente con la gestione delle identità e degli accessi, rappresentando una valida opzione per gli ambienti ad alta sicurezza e per l’implementazione di modelli Zero Trust.

Identità della macchina e del carico di lavoro

Le architetture moderne si basano sulla capacità dei servizi, dei container e dei dispositivi IoT di autenticarsi reciprocamente. La PKI è il meccanismo che attribuisce a ogni carico di lavoro un’identità verificabile, in modo che le decisioni relative all’accesso possano essere prese in base alla natura del carico di lavoro e non solo alla sua posizione sulla rete.

La PKI continua a essere utilizzata per un motivo ben preciso. Pochi altri approcci volti a instaurare un rapporto di fiducia operano su scala analoga o offrono le stesse garanzie crittografiche.

• Autenticazione resistente al phishing: Le chiavi private non lasciano mai l’endpoint e non possono essere riutilizzate da un malintenzionato che intercetti una sessione, rendendo l’autenticazione basata su certificati resistente alle tattiche di furto delle credenziali che compromettono le password e l’autenticazione multifattoriale (MFA) basata su notifiche push. RSA ha trattato questo argomento in un altro articolo su Come gli hacker aggirano l'autenticazione a più fattori (MFA) e perché gli approcci resistenti al phishing sono importanti.
• Riservatezza e integrità nelle reti non affidabili: I dati crittografati con la chiave pubblica di un destinatario possono essere letti solo dal possessore della chiave privata corrispondente, mentre i dati firmati possono essere verificati senza bisogno di alcuna chiave segreta condivisa. È proprio questa combinazione a rendere possibili il commercio, le operazioni bancarie e le comunicazioni sicure sulla rete Internet pubblica.
• Non ripudiabilità delle transazioni firmate:Una firma digitale supportata da un certificato attendibile costituisce una prova solida del fatto che una determinata parte abbia approvato un determinato documento o una determinata transazione, il che riveste grande importanza in ambito legale, finanziario e di conformità.
• Fiducia scalabile:Un'unica autorità di certificazione può garantire l'identità di milioni di titolari di certificati, senza che ciascuna parte affidabile debba stabilire un rapporto di fiducia diretto con ciascuno di essi.
• Le basi del modello Zero Trust:Ogni attore di un’architettura Zero Trust, sia esso umano o macchina, necessita di un’identità verificabile. La PKI rappresenta un metodo affidabile per emettere e verificare tali identità, oltre a costituire uno dei pilastri fondamentali di un’architettura Approccio "Zero Trust" alla sicurezza.
• Allineamento normativo e di garanzia:FIPS, Common Criteria, eIDAS e le normative settoriali in ambito pubblico, dei servizi finanziari e sanitario riconoscono tutti i meccanismi basati sulla PKI come un efficace strumento di controllo per l'identità, l'integrità e la riservatezza.

Nonostante tutti i suoi punti di forza, la PKI comporta rischi operativi concreti. La maggior parte degli incidenti legati alla PKI non è dovuta a fallimenti della crittografia in sé, bensì a fallimenti dei sistemi e dei processi che la circondano.

• Interruzioni del servizio di certificazione: I certificati scaduti causano l'interruzione dei servizi. Quando un certificato su un bilanciatore di carico, un'API interna o un sito web pubblico scade senza che nessuno se ne accorga, i sistemi che ne dipendono smettono di funzionare. Le interruzioni di servizio di grande risonanza riconducibili a certificati scaduti sono un fenomeno ricorrente.
• Compromissione della chiave privata: Se una chiave privata viene compromessa, tutti i certificati firmati con essa sono a rischio e ogni sessione o firma che dipende da essa diventa sospetta. Risolvere la compromissione di una chiave privata comporta solitamente la revoca e la riemissione su larga scala.
• Compromesso CA:Un malintenzionato che riesca a violare un'autorità di certificazione (CA) può emettere certificati fraudolenti considerati attendibili dai browser, dai sistemi operativi e da altre parti che si affidano a essi. In passato, le violazioni delle CA hanno portato a misure di sfiducia su larga scala e alla sostituzione forzata di un gran numero di certificati.
• Lacune nella revoca:Non tutti i client verificano le CRL, e le risposte OCSP possono generare errori di tipo "soft failure" in determinate condizioni di rete che gli aggressori possono sfruttare. Anche quando la revoca funziona come previsto, spesso si verifica un intervallo di tempo durante il quale un certificato revocato continua a funzionare nella pratica.
• Proliferazione dei certificati:Le organizzazioni moderne gestiscono decine di migliaia di certificati su servizi cloud, sistemi on-premise, endpoint e identità delle macchine. Senza un inventario centralizzato, è facile perdere di vista quali certificati sono stati emessi, dove sono installati e quando scadono.
• Minaccia post-quantistica:Gli algoritmi RSA e a curve ellittiche su cui si basa oggi la maggior parte delle PKI sono considerati sicuri nei confronti dei computer classici, ma non contro computer quantistici di dimensioni sufficientemente grandi. Il NIST ha avviato il processo di standardizzazione degli algoritmi crittografici post-quantistici e le organizzazioni che fanno affidamento sulla PKI devono pianificare una migrazione che richiederà diversi anni.

Una PKI ben gestita non è solo un insieme di componenti crittografici. È una disciplina operativa. Le pratiche riportate di seguito riducono il rischio che si verifichino i guasti sopra descritti.

Tenere un inventario completo dei certificati

Tieni traccia di ogni certificato nei servizi cloud, nei sistemi on-premise, negli endpoint e nelle identità delle macchine. I fogli di calcolo gestiti manualmente raramente riescono a stare al passo con gli ambienti moderni, e uno strumento di rilevamento e inventario rappresenta un investimento che vale la pena per qualsiasi organizzazione di grandi dimensioni.

Automatizzare la gestione del ciclo di vita dei certificati

L'emissione, il rinnovo e l'installazione automatizzati eliminano gli errori umani che causano la maggior parte delle interruzioni dei certificati. L'automazione rende inoltre praticabili i certificati di breve durata, riducendo così l'esposizione in caso di compromissione di una chiave.

Garantire una protezione rigorosa delle chiavi

Conservare le chiavi private delle autorità di certificazione (CA) in moduli di sicurezza hardware (HSM) e proteggere le chiavi delle entità finali tramite un sistema di archiviazione sicuro delle chiavi sull'endpoint o in un token hardware. L'efficacia di una PKI dipende in ultima analisi dal livello di protezione delle sue chiavi private.

Utilizzare certificati a breve durata, ove possibile

Una durata più breve dei certificati riduce l'impatto di una chiave compromessa e rende la revoca meno critica dal punto di vista operativo. L'automazione è un prerequisito fondamentale in questo caso, poiché il rinnovo manuale su larga scala di certificati di breve durata non è fattibile.

Implementare un controllo rigoroso delle revoche

L’uso dello stapling OCSP, gli intervalli brevi di aggiornamento delle CRL e, ove opportuno, le politiche di “hard-fail” contribuiscono a colmare le lacune che, nella pratica, consentono ai certificati revocati di continuare a funzionare. La revoca è efficace solo quando le parti affidanti effettuano effettivamente i controlli.

Piano per la “cripto-agilità” e la migrazione post-quantistica

Fare un inventario degli algoritmi crittografici in uso nell'intero ambiente, individuare i sistemi che ne dipendono e iniziare a valutare le opzioni post-quantistiche man mano che gli standard del NIST maturano. La migrazione richiederà anni e le organizzazioni che inizieranno per prime avranno meno sorprese indesiderate.

Gerarchie dei segmenti CA

Mantenere le CA radice offline, controllare rigorosamente le CA intermedie e applicare politiche relative ai certificati adeguate a ciascun livello e caso d'uso. Una gerarchia ben segmentata limita l'impatto di qualsiasi singola violazione.

Il modello Zero Trust ha cambiato i presupposti su cui si basano i team di sicurezza. La posizione all’interno della rete non implica più affidabilità e ogni richiesta di accesso deve essere valutata caso per caso. Questo modello funziona solo se ogni attore presente nell’ambiente dispone di un’identità verificabile con un elevato livello di sicurezza, ed è proprio qui che la PKI assume un ruolo fondamentale.

Per gli utenti, la PKI offre un’autenticazione basata su certificati in grado di contrastare il phishing e funzionante su tutti i dispositivi e le applicazioni. Per i dispositivi, fornisce un’identità verificabile che può essere controllata in occasione di ogni decisione relativa all’accesso. Per i carichi di lavoro e i servizi, consente l’identità delle macchine alla scala richiesta dalle architetture moderne. La gestione delle identità e degli accessi (IAM),governance e amministrazione dell'identità(IGA) e la gestione delle identità delle macchine si basano tutte sulla fiducia garantita dalla PKI. Senza di essa, il modello Zero Trust diventa semplicemente un insieme di politiche prive di una base solida su cui applicarle.

L’infrastruttura a chiave pubblica (PKI) è il livello di fiducia che, in modo discreto, rende possibile gran parte di ciò che i team di sicurezza danno per scontato, dal traffico web sicuro al software firmato, fino all’autenticazione degli utenti basata su certificati. Man mano che le organizzazioni si orientano verso il modello Zero Trust e che le identità delle macchine e altre identità non umane continuano a crescere, la PKI sta diventando un piano di controllo strategico piuttosto che una semplice utility in secondo piano. Per gestirla correttamente è necessaria una disciplina operativa che comprenda l’inventario, l’automazione, la protezione delle chiavi e una pianificazione lungimirante per la crittografia post-quantistica.

La tradizione di RSA in questo settore ha radici profonde. L'algoritmo RSA è uno dei sistemi crittografici a chiave pubblica fondamentali che hanno reso possibile l'attuale infrastruttura PKI, e RSA continua ad aiutare le organizzazioni a mettere in pratica tale crittografia attraverso l'autenticazione basata su certificati, dispositivi di autenticazione hardware e soluzioni di identità progettate per ambienti ad alta sicurezza. Scopri come RSA supporta l'autenticazione basata su certificati e resistente al phishing con RSA ID Plus.