O que é a Infraestrutura de Chave Pública (PKI)?

Durante anos, a PKI permaneceu em segundo plano na segurança corporativa, sendo uma questão específica para criptógrafos e administradores de certificados. Isso mudou. À medida que as organizações adotam Arquiteturas de Zero Trust e à medida que as identidades de máquinas começam a superar em número as identidades humanas, a PKI deixou de ser um recurso de segundo plano para se tornar um plano de controle estratégico. Este artigo explica o que é, como funciona e qual é o seu papel em uma estratégia de segurança moderna.

A infraestrutura de chave pública (PKI) é a estrutura composta por hardware, software, políticas e procedimentos utilizada para criar, gerenciar, distribuir, utilizar, armazenar e revogar certificados digitais. Um certificado digital vincula um par de chaves criptográficas a uma identidade verificada, de modo que qualquer pessoa que utilize a chave pública possa ter certeza de quem é o proprietário da chave privada correspondente.

A premissa subjacente é a criptografia assimétrica. Em vez de um segredo compartilhado, cada parte possui uma chave pública que pode ser distribuída livremente e uma chave privada que permanece sob seu controle exclusivo. A PKI é o que torna esse modelo viável em grande escala, pois oferece uma maneira confiável de responder à pergunta que toda parte confiável precisa fazer: essa chave pública realmente pertence à pessoa que ela afirma pertencer?

Por definição, uma infraestrutura de PKI deve abranger todo o ciclo de vida de um certificado, e não apenas sua criação. Uma PKI em funcionamento emite certificados, distribui-os às partes certas, rastreia-os e os revoga quando deixam de ser confiáveis.

No nível mecânico, a PKI se baseia em duas operações criptográficas que qualquer par de chaves assimétricas pode realizar. Uma chave pode criptografar dados que somente a outra chave pode descriptografar. Uma chave pode assinar dados de forma que a outra chave possa verificá-los. Dependendo do caso de uso, as chaves pública e privada desempenham funções diferentes, mas a matemática é a mesma.

Considere um navegador se conectando a um site. Quando a conexão é iniciada, o servidor apresenta seu certificado digital. O certificado contém a chave pública do servidor e uma assinatura de uma autoridade certificadora (CA) que atesta a identidade do servidor. O navegador verifica essa assinatura em relação a uma lista de CAs raiz confiáveis que já conhece. Se a assinatura for válida e o certificado não tiver expirado nem sido revogado, o navegador confia na chave pública e a utiliza para estabelecer uma sessão criptografada.

Essa verificação depende da cadeia de confiança. Uma CA raiz está no topo da hierarquia e assina seu próprio certificado. Ela também assina os certificados das CAs intermediárias, que, por sua vez, assinam os certificados de entidades finais emitidos para servidores, dispositivos e usuários. Quando uma parte confiável valida um certificado, ela percorre a cadeia até chegar a uma CA raiz na qual já confia. Cada elo dessa cadeia precisa ser válido para que o certificado seja aceito.

O próprio certificado passa por um ciclo de vida definido:

1. Geração de par de chaves, em que a parte solicitante cria uma chave pública e uma chave privada.
2. Solicitação de assinatura de certificado (CSR), na qual o solicitante agrupa a chave pública com as informações de identificação e a envia a uma autoridade certificadora (CA).
3. Validação da CA, na qual a CA (ou uma autoridade de registro agindo em seu nome) verifica a identidade do solicitante.
4. Emissão, na qual a CA assina o certificado com sua própria chave privada.
5. Distribuição, na qual o certificado é instalado no servidor, no dispositivo ou na conta do usuário que irá utilizá-lo.
6. Utilizar, nos casos em que o certificado comprove a identidade e permita operações de criptografia ou assinatura.
7. Renovação, antes do vencimento do certificado.
8. Revogação, caso o certificado esteja comprometido ou não seja mais necessário.

Cada uma dessas etapas tem implicações de segurança, e a maioria dos desafios operacionais relacionados à PKI remonta a uma delas.

Uma PKI em funcionamento depende de várias partes interligadas. Cada uma delas desempenha um papel específico na emissão de certificados, na verificação de sua validade e no gerenciamento deles ao longo de todo o seu ciclo de vida.

Autoridade certificadora (CA)

A autoridade certificadora é a entidade terceirizada confiável que emite certificados digitais. Uma CA assina cada certificado com sua própria chave privada, o que permite que as partes confiantes verifiquem se o certificado é autêntico. A maioria das PKIs utiliza uma hierarquia: uma CA raiz offline assina os certificados das CAs intermediárias, que, por sua vez, assinam os certificados das entidades finais. Essa estrutura limita a exposição da chave raiz e oferece aos operadores uma maneira de compartimentar a confiança.

Autoridade de registro (RA)

A autoridade de registro verifica a identidade de qualquer pessoa que solicite um certificado. Em algumas implantações, a CA atua como sua própria RA. Em outras, especialmente em escala empresarial, uma RA separada se encarrega da verificação, para que a CA possa se concentrar nas operações criptográficas. De qualquer forma, a robustez de uma PKI depende do grau de rigor com que a RA realiza seu trabalho.

Certificados digitais (X.509)

A norma X.509 define o formato da maioria dos certificados digitais em uso atualmente. Um certificado X.509 contém o nome distinto do sujeito, a chave pública do sujeito, o nome da autoridade certificadora (CA) emissora, as datas de emissão e validade do certificado, um número de série, os usos permitidos e a assinatura da CA. É essa assinatura que transforma um conjunto de dados de identificação em uma credencial verificável.

Lista de revogação de certificados (CRL) e OCSP

Às vezes, os certificados precisam ser invalidados antes de expirarem, seja porque uma chave privada foi comprometida, um funcionário deixou a organização ou o certificado foi emitido por engano. Uma CRL é uma lista assinada de certificados revogados que uma CA publica periodicamente. O Protocolo de Status de Certificado Online (OCSP) oferece uma alternativa em tempo real, permitindo que uma parte confiável pergunte a uma CA se um certificado específico ainda é válido no momento do uso.

Repositório de certificados e sistema de gerenciamento

Os certificados precisam ser armazenados em algum lugar e gerenciados por alguém. Um repositório de certificados armazena os certificados emitidos para que possam ser recuperados quando necessário. Um sistema de gerenciamento de certificados lida com as tarefas operacionais de emissão, distribuição, renovação e revogação de certificados em grande escala. Em organizações com milhares ou dezenas de milhares de certificados em uso, essa camada de gerenciamento costuma ser o que faz a diferença entre uma PKI que funciona e uma que causa interrupções no serviço.

Arquivamento e recuperação de chaves

As chaves privadas são segredos, mas também são ativos essenciais para os negócios. Se uma chave privada usada para criptografia de dados for perdida, os dados criptografados podem se tornar irrecuperáveis. Os sistemas de arquivamento de chaves armazenam com segurança cópias de determinadas chaves privadas para que os dados possam ser recuperados quando necessário, ao mesmo tempo em que equilibram essa capacidade de recuperação com o risco de exposição das chaves.

Todos os certificados digitais seguem o mesmo formato básico, mas são emitidos para finalidades diferentes e têm implicações distintas em termos de confiança. Compreender o que cada tipo protege é útil para qualquer pessoa que esteja decidindo como a PKI deve se encaixar em uma estratégia de segurança mais ampla.

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

Proteger o tráfego entre clientes e servidores na web. Essa é a aplicação mais conhecida da PKI, presente em praticamente todos os sites HTTPS, pontos de extremidade de API e serviços de rede criptografados.

Certificados de assinatura de código

Permitir que os desenvolvedores de software assinem aplicativos, drivers e scripts. Quando um usuário ou sistema operacional executa um código assinado, é possível verificar a origem e confirmar que o código não sofreu alterações indevidas desde que foi assinado.

E-mail e certificados S/MIME

Permita que os usuários assinem e-mails para que os destinatários possam verificar a identidade do remetente e criptografem e-mails para que apenas os destinatários pretendidos possam lê-los. Prática comum em setores regulamentados e no governo.

Certificados de autenticação de clientes

Identificar usuários e dispositivos em relação aos sistemas aos quais eles acessam. Os cartões inteligentes, os Cartões de Acesso Comum (CAC) e os cartões de Verificação de Identidade Pessoal (PIV) utilizados em órgãos federais se baseiam nessa categoria. As chaves de segurança de hardware também podem utilizá-la, como, por exemplo, o Série RSA iShield Key 2.

Certificados de assinatura de documentos

Aplique assinaturas criptográficas a PDFs e outros documentos eletrônicos, conferindo valor jurídico e probatório a contratos, registros e documentos assinados.

Certificados de identidade de dispositivos e máquinas

Emita identidades verificáveis para dispositivos de IoT, servidores, contêineres e cargas de trabalho. À medida que o número de identidades de máquinas chega a milhões em alguns ambientes, essa é uma aplicação da PKI que vem crescendo rapidamente.

A autenticação por infraestrutura de chave pública é o processo de utilizar um certificado digital e a chave privada associada a ele para comprovar a identidade. Em vez de digitar uma senha ou inserir um código de uso único, o usuário ou dispositivo apresenta um certificado e comprova criptograficamente que possui a chave privada correspondente, respondendo a um desafio lançado pelo sistema que confia na autenticação.

Em comparação com senhas e códigos de uso único, a autenticação baseada em certificados possui duas propriedades significativas. Primeiro, ela é resistente ao phishing. Uma chave privada não pode ser digitada em uma página de login falsa nem enviada a um invasor que intercepte uma mensagem. Ela permanece no terminal ou em um token de hardware e sempre realiza operações criptográficas apenas localmente. Em segundo lugar, ela reduz o incômodo para o usuário. Uma vez que o certificado seja provisionado, o fluxo de autenticação pode ser transparente, não exigindo nenhuma ação adicional além de encostar um cartão inteligente ou desbloquear um dispositivo.

A autenticação baseada em certificados é um dos pilares da moderna autenticação sem senha e resistente a tentativas de phishing autenticação multifatorial, e é um dos pilares da identidade nos quais as arquiteturas Zero Trust se baseiam. Em vez de confiar em um local da rede, o Zero Trust exige comprovação de identidade para cada decisão de acesso, e a PKI fornece essa comprovação de forma duradoura, verificável e difícil de falsificar.

A PKI está presente em muitos lugares, mas a maioria das implementações se enquadra em algumas categorias gerais. Cada categoria resolve um tipo específico de problema de confiança.

Proteção da comunicação

O TLS é o exemplo mais conhecido, protegendo o tráfego da web, as chamadas de API e os e-mails em trânsito. As VPNs e os túneis site a site também dependem da PKI para autenticar os pontos finais de um canal criptografado. Em cada caso, a PKI fornece a garantia de identidade que torna a criptografia significativa.

Comprovação da autenticidade e da integridade

A assinatura de código permite que os desenvolvedores de software comprovem que os arquivos binários que um usuário está prestes a executar vieram da fonte esperada. A assinatura de documentos faz o mesmo para PDFs e outros arquivos. Os mecanismos de atualização de firmware e software utilizam a PKI para impedir que invasores enviem atualizações maliciosas para conjuntos de dispositivos.

Autenticação de usuários e dispositivos

Cartões inteligentes, cartões CAC/PIV e logins baseados em certificados permitem que as organizações verifiquem quem está do outro lado de uma sessão, em um dispositivo que esteja em conformidade com as políticas. É nesse ponto que a PKI se relaciona mais diretamente com o gerenciamento de identidade e acesso, sendo uma opção sólida para ambientes de alta segurança e implementações do modelo Zero Trust.

Identidade da máquina e da carga de trabalho

As arquiteturas modernas dependem da capacidade dos serviços, contêineres e dispositivos de IoT de se autenticarem uns com os outros. A PKI é o mecanismo que confere a cada carga de trabalho uma identidade verificável, de modo que as decisões de acesso possam ser tomadas com base no que uma carga de trabalho é, e não apenas na sua localização na rede.

A PKI perdura por um motivo. Poucas outras abordagens para estabelecer confiança operam na mesma escala ou com as mesmas garantias criptográficas.

• Autenticação resistente a phishing: As chaves privadas nunca saem do terminal e não podem ser reutilizadas por um invasor que intercepte uma sessão, tornando a autenticação baseada em certificado resistente às táticas de roubo de credenciais que comprometem senhas e a autenticação multifatorial (MFA) baseada em notificações push. A RSA já abordou esse assunto em outro artigo sobre como os invasores contornam a autenticação multifatorial (MFA) e por que as abordagens resistentes ao phishing são importantes.
• Confidencialidade e integridade em redes não confiáveis: Os dados criptografados com a chave pública de um destinatário só podem ser lidos pelo detentor da chave privada correspondente, e os dados assinados podem ser verificados sem a necessidade de nenhum segredo compartilhado prévio. É essa combinação que torna possíveis o comércio, as transações bancárias e a comunicação segura na internet pública.
• Não repúdio para transações assinadas:Uma assinatura digital respaldada por um certificado confiável fornece forte evidência de que uma determinada parte aprovou um documento ou transação específica, o que é importante em contextos jurídicos, financeiros e de conformidade.
• Confiança escalável:Uma única autoridade certificadora pode atestar a identidade de milhões de titulares de certificados, sem que cada parte confiável precise estabelecer uma relação de confiança direta com cada um deles.
• Uma base para o modelo Zero Trust:Todo participante de uma arquitetura Zero Trust, seja ele humano ou máquina, precisa de uma identidade verificável. A PKI é uma forma confiável de emitir e verificar essas identidades e um dos pilares de uma Abordagem de segurança “Zero Trust”.
• Alinhamento regulatório e de garantia:A FIPS, os Critérios Comuns, o eIDAS e as normas setoriais específicas nos setores governamental, de serviços financeiros e de saúde reconhecem os mecanismos baseados em PKI como um controle robusto para identidade, integridade e confidencialidade.

Apesar de todos os seus pontos fortes, a PKI apresenta riscos operacionais reais. A maioria dos incidentes relacionados à PKI não se deve a falhas na criptografia em si, mas sim a falhas nos sistemas e processos que a cercam.

• Interrupções no serviço de certificados: Certificados vencidos causam a interrupção dos serviços. Quando um certificado em um balanceador de carga, uma API interna ou um site voltado para o público expira sem que ninguém perceba, os sistemas dependentes deixam de funcionar. Interrupções de grande repercussão atribuídas a certificados vencidos são um padrão recorrente.
• Vazamento da chave privada: Se uma chave privada for exposta, todos os certificados assinados com ela ficam em risco, e todas as sessões ou assinaturas que dependem dela passam a ser suspeitas. A recuperação após o comprometimento de uma chave privada geralmente implica na revogação e reemissão em grande escala.
• Compromisso da CA:Um invasor que consiga invadir uma CA pode emitir certificados fraudulentos que sejam considerados confiáveis por navegadores, sistemas operacionais e outras partes que confiam neles. Casos históricos de violação de CAs levaram a amplas medidas de desconfiança e à substituição forçada de um grande número de certificados.
• Lacunas na revogação:Nem todo cliente verifica as CRLs, e as respostas OCSP podem apresentar falhas temporárias em condições de rede que os invasores podem explorar. Mesmo quando a revogação funciona conforme o previsto, muitas vezes há um intervalo durante o qual um certificado revogado ainda funciona na prática.
• Proliferação de certificados:As organizações modernas administram dezenas de milhares de certificados em serviços em nuvem, sistemas locais, terminais e identidades de máquinas. Sem um inventário centralizado, é fácil perder o controle sobre o que foi emitido, onde está instalado e quando expira.
• Ameaça pós-quântica:Os algoritmos RSA e de curvas elípticas, que constituem a base da maioria das PKI atualmente, são considerados seguros contra computadores clássicos, mas não contra computadores quânticos suficientemente grandes. O NIST começou a padronizar algoritmos criptográficos pós-quânticos, e as organizações que dependem da PKI precisam se preparar para uma migração que se estenderá por vários anos.

Uma PKI bem administrada não é apenas um conjunto de componentes criptográficos. É uma disciplina operacional. As práticas a seguir reduzem o risco das falhas descritas acima.

Manter um inventário completo de certificados

Acompanhe todos os certificados em serviços na nuvem, sistemas locais, terminais e identidades de máquinas. Planilhas manuais raramente dão conta do recado em ambientes modernos, e uma ferramenta de descoberta e inventário é um investimento que vale a pena para qualquer organização de grande porte.

Automatizar o gerenciamento do ciclo de vida dos certificados

A emissão, a renovação e a instalação automatizadas eliminam os erros humanos que causam a maioria das interrupções no funcionamento dos certificados. A automação também torna viável o uso de certificados de curta duração, o que reduz o risco em caso de comprometimento de uma chave.

Implementar uma proteção robusta das chaves

Armazene as chaves privadas da CA em módulos de segurança de hardware (HSMs) e proteja as chaves das entidades finais por meio de um armazenamento seguro de chaves no terminal ou em um token de hardware. A robustez de uma PKI depende, em última instância, do nível de proteção de suas chaves privadas.

Utilize certificados de validade curta sempre que possível

Prazos de validade mais curtos para os certificados reduzem o alcance de um impacto causado por uma chave comprometida e tornam a revogação menos crítica do ponto de vista operacional. A automação é um pré-requisito nesse caso, pois a renovação manual de certificados de curta duração em grande escala não é viável.

Implementar uma verificação robusta de revogação

O uso do OCSP Stapling, intervalos curtos de atualização da CRL e políticas de falha rígida, quando apropriado, ajudam a eliminar as lacunas que permitem que certificados revogados continuem funcionando na prática. A revogação só funciona quando as partes confiantes realmente verificam.

Plano para a criptoagilidade e a migração pós-quântica

Faça um levantamento dos algoritmos criptográficos em uso em todo o ambiente, identifique quais sistemas dependem deles e comece a avaliar opções pós-quânticas à medida que as normas do NIST forem se consolidando. A migração levará anos, e as organizações que começarem cedo terão menos surpresas indesejadas.

Hierarquias de segmento CA

Mantenha as autoridades certificadoras raiz (CAs) offline, controle rigorosamente as autoridades certificadoras intermediárias (CAs) e aplique políticas de certificados adequadas a cada camada e caso de uso. Uma hierarquia bem segmentada limita o impacto de qualquer violação isolada.

O modelo Zero Trust mudou os pressupostos sob os quais as equipes de segurança atuam. A localização na rede não implica mais confiança, e cada solicitação de acesso deve ser avaliada caso a caso. Esse modelo só funciona se cada participante do ambiente tiver uma identidade que possa ser verificada com alto grau de segurança, e é aí que a PKI se torna fundamental.

Para os usuários, a PKI oferece autenticação baseada em certificados que resiste ao phishing e funciona em diversos dispositivos e aplicativos. Para os dispositivos, ela fornece uma identidade verificável que pode ser conferida a cada decisão de acesso. Para cargas de trabalho e serviços, ela possibilita a identidade de máquinas na escala exigida pelas arquiteturas modernas. Gerenciamento de identidade e acesso (IAM),governança e administração de identidade(IGA) e o gerenciamento de identidade de máquinas se baseiam na confiança que a PKI proporciona. Sem ela, o Zero Trust se torna um conjunto de políticas sem nada de duradouro que garanta sua aplicação.

A infraestrutura de chave pública (PKI) é a camada de confiança que, discretamente, possibilita a maior parte do que as equipes de segurança consideram natural, desde o tráfego seguro na web até softwares assinados e a autenticação de usuários baseada em certificados. À medida que as organizações avançam em direção ao modelo Zero Trust e que as identidades de máquinas e outras identidades não humanas continuam a crescer, a PKI está se tornando um plano de controle estratégico, em vez de um recurso de segundo plano. Para administrá-la adequadamente, é necessária uma disciplina operacional que abranja inventário, automação, proteção de chaves e planejamento prospectivo para a criptografia pós-quântica.

A tradição da RSA nessa área é de longa data. O próprio algoritmo RSA é um dos sistemas criptográficos de chave pública fundamentais que tornaram possível a PKI moderna, e a RSA continua ajudando as organizações a colocar essa criptografia em prática por meio de autenticação baseada em certificados, autenticadores de hardware e soluções de identidade desenvolvidas para ambientes de alta segurança. Descubra como a RSA oferece suporte à autenticação baseada em certificados e resistente a phishing com RSA ID Plus.