dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

ACME – это протокол автоматизации, применяемый для запроса и выпуска TLS-сертификатов. Нередко заходит речь о том, как этот протокол использовать правильно, чтобы получить какие-то выгоды в плане, что называется, архитектуры безопасности. Поделюсь некоторыми соображениями, в том числе, схемой. Возможно, это будет полезно, в том числе, в качестве образовательного материала.

Прежде всего, несколько базовых моментов. Естественно, на каких-то веб-ресурсах, типа “личный сайт”, можно использовать банальный механизм – тот или иной готовый ACME-клиент, который исполняется хоть бы прямо и на той же виртуальной машине, где и сам веб-сервер. Но для мало-мальски серьёзного сервиса – такое, конечно, является неграмотным решением и недопустимо: нельзя держать вместе с веб-сервером некоторое непонятное внешнее ПО, которое, потенциально, имеет права суперпользователя и может работать с серверными секретными ключами и сертификатами (насчёт ограничений прав пользователя: тут, конечно, нельзя забывать, что в большинстве современных ОС, – в том числе, серверных, – от “обычного” пользователя до суперпользователя – дорога весьма коротка и часто пряма; впрочем, это другая тема).

Итак: нельзя держать системное ПО внешнего предназначения, да ещё и связанное с криптографическими артефактами, там же, где работает защищаемый веб-сервер, и там же, где генерируются ключи. ACME этого не требует. Напротив – под ACME можно построить безопасную архитектуру с полной автоматизацией. Однако защищённая архитектура, с разделением ролей, получается сложнее (см. схему).

Ниже мы разберёмся с тем, как не только можно разделить процесс запроса TLS-сертификата и процесс использования TLS-сертификата, но ещё и вспомним, что секретный ключ, соответствующий сертификату, можно (и нужно) унести и с машины, на которой работает TLS-сервер (это не обязательно, но именно такой вариант рассматривается ниже).

Несколько важных тезисов.

ACME-клиенту нужен доступ только до ACME-сервиса выпускающего Удостоверяющего Центра (УЦ), больше никаких доступов не требуется. То есть, не требуется ни доступ к веб-серверу, ни доступ к DNS-серверу. Понятно, что размещать код подтверждения всё равно нужно, но это может делать другой компонент – ещё раз обратите внимание: роль ACME-клиента ограничивается взаимодействием с ACME-сервисом УЦ, такое взаимодействие – необходимо, а всё остальное, что сейчас привычно навешивают на единственный клиент, является опциональным. Навешивать опциональные фукнции на ACME-клиент, в случае серьёзного сервиса, – неграмотно.

Секретный серверный ключ TLS-сервера не требуется при выпуске сертификата – этот ключ не нужно передавать в УЦ, не нужно показывать его и ACME-клиенту. В схеме, которую мы рассмотрим ниже, секретные ключи вообще хранятся на отдельном подписывающем сервере, их нет даже на TLS-узлах, принимающих входящий трафик пользователей.

Валидация права управления именем (DCV), в защищённом распределённом сервере, должна происходить строго через DNS. Поэтому мы спроектируем отдельный набор “микросервисов”, реализующих такую проверку. Прохождение DCV в ACME требует специального префикса (или “суффикса”, тут как посмотреть): _acme-challenge. Это сделано специально, поскольку позволяет вынести проверку на отдельные DNS-серверы, которые не поддерживают основную зону. Размещение DNS-записей для DCV не требует передачи ACME-клиенту каких-то ключей доступа к авторитативным серверам DNS-зоны (далее они обозначаются – NS). Мы будем использовать самый верный вариант настройки DNS – делегирование ACME-имени _acme-challenge на отдельные NS (можно размещать запись непосредственно на NS основной зоны, можно настроить и CNAME, но этот последний вариант – не рекомендуется использовать). Никакая разумная конфигурация DNS для ACME-DCV не требует передачи ACME-клиенту контроля над зоной или каких-то ключей управления, всегда можно сделать безопасную схему.

Итак, архитектурное решение для реализации выпуска и использования TLS-сертификатов при помощи ACME-автоматизации. Решение состоит из трёх основных элементов: подсистема DNS – для обеспечения DCV; основной сервис TLS – это основные узлы сервиса, куда подключаются пользователи, можно считать, что за ними стоят защищаемые веб-серверы; диспетчер ACME – для взаимодействия с внешним УЦ, заказа и получения сертификатов.

Сама схема – ниже (по клику – в большем разрешении).

В качестве примера тут зона example.com. ACME-имя _acme-challenge.example.com – делегируется на два специализированных DNS-сервера, которые предназначены для публикации кодов подтверждения в TXT-записях. Данные на эти выделенные серверы передаёт специальный сервис, роль которого состоит в получении свежих данных DCV от диспетчера ACME и в передаче этих данных на публикацию. Почему изолированы NS? Потому что они не должны иметь доступ к основной зоне. При этом, в общем случае, перехват управления этими NS-ами позволяет заказывать и выпускать сертификаты через другой ACME-аккаунт, но только в том случае, если УЦ не поддерживает указания ACME-аккаунта в CAA-записи. Дело в том, что наши специализированные NS для DCV просто не позволяют публиковать CAA-записи (тем более – в зоне уровнем выше). Поэтому применяется CAA из основной зоны, а там, предположим, указан идентификатор аккаунта, которому только разрешено заказывать сертификаты для этого имени.

Блок сервисов, связанный непосредственно с TLS (слева вверху на схеме). Обратите внимание, что здесь все операции, использующие серверный секретный ключ “от сертификата”, вынесены на специальный подписывающий сервер. Речь про секретный ключ, соответствующий открытому ключу в сертификате сервера. Вообще, при установлении TLS-соединения сам этот договременный секретный серверный ключ не требуется, требуется возможность подписывания сессии (значения хеш-функции). Понятно, что для вычисления подписи секретный ключ нужен, но само его значение никакой роли в TLS-соединении не имеет. А цифровая подпись, при установлении TLS-соединения, требуется всего один раз. (Тут речь строго про современную схему TLS 1.3, где использование RSA для передачи сессионного секрета прямо запрещено, и такой секрет должен вычисляться по протоколу Диффи-Хелмана.)

Поэтому операции подписи могут быть прозрачно вынесены на защищённый сервер, где будет доступ к секретному ключу. При такой схеме – веб-сервер не знает секрета от TLS-сертификата. Такой “бесключевой” TLS вполне возможен и используется в решениях с повышенными требованиями безопасности. (Но для ACME это не является обязательным, так что, в принципе, если наладить такой вариант не получается, поскольку он показался слишком сложным, то можно объединить управление ключами с веб-сервером.)

Блок TLS на схеме содержит “микросервис” под названием “Формирователь CSR”. CSR – это файл запроса на сертификат. Этот файл, помимо других параметров, содержит открытый ключ сервера для включения в сертификат и цифровую подпись от этого же ключа. Именно по причине наличия подписи наш формирователь CSR должен иметь доступ к подписывающему серверу: подготовив блок CSR, формирователь запрашивает подпись у этого сервера и присоединяет значение подписи к блоку CSR. Получившийся файл можно использовать в ACME-клиенте для запроса сертификата (после прохождения DCV – см. ниже). Обратите ещё раз внимание: секретного ключа “от сертификата” тут нет ни у формирователя CSR, ни у TLS-узлов – что уж говорить про ACME-клиент.

ACME-клиент в этой схеме взаимодействует только с ACME-сервисом УЦ, где, по команде от программы-диспетчера, исполняемой отдельно, запрашивает DCV и сертификаты. Как описано выше – коды подтверждения передаются через диспетчер на публикацию в контур DNS. При штатной работе, после того, как TXT-записи опубликованы, ACME-клиент запросит проверку на стороне УЦ и DNS-резолвер УЦ обратится к DNS, чтобы получить по независимому каналу значение кода DCV из TXT-записи – это соответствует оранжевой стрелке внизу схемы.

Посмотрим ещё раз на шаги алгоритма выпуска TLS-сертификата, при штатной работе.

***

1.

Диспетчер (см. схему) получает CSR с актуальными данными от формирователя CSR (подпись от защищённого сервера, с актуальным ключом, в CSR – нужное DNS-имя).

2.

Диспетчер отправляет в ACME-клиент запрос на DCV (CSR на этом шаге в ACME не требуется, но будет нужен ниже).

2.1. ACME-клиент инициирует взаимодействие с УЦ через ACME-аккаунт (возможно, используя отдельное хранилище ключа от ACME-аккаунта – см. схему; зачем это может быть нужно – возможно, распишу в отдельной записке; главное – не забывайте, что ACME-аккаунт существует, там есть секретный ключ и он тоже важен).
2.2. ACME-клиент запрашивает прохождение DCV (проверка права управления DNS-именем) на стороне УЦ и получает код подтверждения, который требуется разместить в DNS.
2.3. ACME-клиент передаёт этот код подтверждения (DCV-код) диспетчеру, оджидает публикации кода в TXT-записи.

3.

Диспетчер формирует файлы данных с актуальным кодом подтверждения (DCV-код) и ожидает публикации (у диспетчера нет прямого доступа к сервису подготовки TXT-записей, напротив – тот сервис периодически сам проверяет статусдиспетчера, определяет, не нужно ли разместить новые записи).

4.

Сервис подготовки TXT-записей забирает ткущий код DCV из обменной области диспетчера.

5.

Сервис подготовки TXT-записей направляет команду публикации TXT-записей авториативным серверам специализированной зоны _acme-challenge и получает подтверждение публикации.

6.

Если публикация TXT прошла успешно, сервис подготовки TXT-записей направлет подтверждение диспетчеру.

7.

Диспетчер отправляет команду фактического запуска DCV ACME-клиенту и ожидает получения сертификата (если проверка пройдёт успешно).

8.

ACME-клиент запрашивает фактическую проверку DCV у УЦ (через ACME-API) и начинает периодический опрос статуса заказа на стороне УЦ (ожидание выпуска сертификата – это свойство ACME).

9.

Если DCV завершилась корректно и успешно, то ACME-клиент получает от диспетчера CSR и запрашивает новый сертификат для подтверждённого имени (или для нескольких имён). Обратите внимание: обычно, у ACME УЦ есть некоторый период, в течение которого действует пройденная DCV. Это означает, что запросить новый сертификат можно без DCV, если срок валидности прошлой успешной проверки для этих же имён не закончился. В описании и на схеме этот момент не учитывается – он не имеет принципиального значения.

10.

Если сертификат успешно выпущен, то ACME-клиент скачивает его и возвращает диспетчеру. Диспетчер подготавливает полный набор промежуточных сертификатов, нужный для успешного использования. Промедуточные сертификаты либо можно получить через ACME-клиент, если УЦ это поддерживает, либо скачать по ссылкам в оконечном, серверном сертификате (этот последний метод – гораздо надёжнее). Диспетчер валидирует цепочку сертификатов, перед тем, как передать её дальше.

11.

Диспетчер размещает новый сертификат и цепочку промежуточных в обменной области, откуда их могут забрать либо сами TLS-узлы, либо промежуточный узел, реализующий “деплой” сертификатов. Вариант с таким промежуточным узлом на схеме не показан (тем не менее, я бы сказал, что это предпочтительный вариант).

12.

TLS-узлы забирают новый сертификат из обменной области диспетчера и устанавливают его на TLS-сервер (с дополнительной проверкой валидности по цепочке). Обратите внимание, что секретный ключ уже настроен на стороне подписывающего сервера – TLS-узлам лишь нужно переключиться на новый идентификатор ключа, который они используют при запросе подписи. Секретный ключ уже настроен потому, что он необходим для получения подписи на CSR.

13.

Переход на новый сертификат завершился.

***

Управление расписанием получения новых сертификатов, график замены ключей – остаются за пределами данного описания. Так же, как и процесс отзыва сертификата (возможно, напишу отдельно). Не забывайте, что в ACME не существует таких функций как “перевыпуск” или “продление” TLS-сертификата – это довольно частая терминологическая ошибка. ACME подразумевает, что клиенты всегда обращаются за новым сертификатом.

Адрес записки: https://dxdt.blog/2026/07/05/18550/