Seminar Post-Quantum Cryptography – PKI, Zertifikate und digitale Signaturen

Digitale Signaturen schützen Identitäten, Software, Dokumente, Transaktionen und Updateketten. Ihre Migration ist komplexer als der Austausch eines Schlüsselaustauschverfahrens, weil Vertrauensanker, Zertifikatsketten, Archivierung und langfristige Prüfbarkeit gemeinsam verändert werden müssen. Das Seminar entwickelt hierfür ein stufenweises Vorgehen.

Zielsetzung

Die Teilnehmenden bewerten PQC-Signaturverfahren für unterschiedliche PKI-Anwendungsfälle und planen Koexistenz, Pilotierung und Erneuerung von Vertrauensinfrastrukturen.

PQC-Signaturverfahren

• ML-DSA und SLH-DSA hinsichtlich Schlüssel- und Signaturgrößen, Geschwindigkeit und Betriebsprofil vergleichen
• Parameterstufen passend zu Schutzbedarf und Umgebung auswählen
• FN-DSA und zusätzliche Verfahren entsprechend ihrem noch laufenden Standardisierungsstand behandeln
• Zufallszahlen, deterministische Varianten, Seitenkanäle und Implementierungsanforderungen einordnen
• Algorithmusvielfalt, Kryptoagilität und mögliche spätere Wechsel berücksichtigen

PKI-Bestand und Abhängigkeiten

• Wurzel- und Zwischenzertifizierungsstellen, Registrierungsstellen und Vertrauensspeicher erfassen
• Zertifikatsprofile, Erweiterungen, Sperrverfahren, Zeitstempel und Validierungsdienste aufnehmen
• HSM-, KMS-, Smartcard-, Token- und Schlüsselzeremonie-Abhängigkeiten bewerten
• Automatisierte Zertifikatsverwaltung, Gerätezertifikate und kurzlebige Identitäten berücksichtigen
• Verbraucher von Zertifikaten und Signaturen einschließlich Altsoftware identifizieren

Zertifikate und Vertrauensmodelle

• Standardisierte Profile für ML-DSA in X.509 und CMS, SLH-DSA in X.509 sowie ML-KEM in X.509 und CMS einordnen
• PQC-, parallele und hybride Vertrauensmodelle anhand ihrer Interoperabilität unterscheiden
• Composite- und Hybridzertifikate bis zum Abschluss der Standardisierung nur kontrolliert erproben
• Größere öffentliche Schlüssel, Signaturen und Zertifikatsketten in Protokollen und Speichern testen
• Neue und bestehende Vertrauensanker kontrolliert verteilen
• Kettenaufbau, Pfadvalidierung, Sperrinformationen und Fehlerverhalten prüfen

Signaturanwendungen

• Code Signing, Paket- und Container-Signaturen sowie Firmware- und Updateketten migrieren
• Dokumenten- und Transaktionssignaturen mit Aufbewahrungs- und Beweiszeiträumen bewerten
• E-Mail-Signaturen, Maschinenidentitäten und Dienstsignaturen einordnen
• Zeitstempel, Archivsignaturen, Nachsignierung und langfristige Validierbarkeit planen
• Schlüsselwechsel, Widerruf und Kompromittierung im Übergang behandeln

Einführung und Betrieb

• Pilotprofile und repräsentative Verbraucher auswählen
• Interoperabilitäts-, Last-, Größen- und Negativtests definieren
• Parallelbetrieb, Rollback, Support und Störungsdiagnose vorbereiten
• CA-Migration, HSM-Erneuerung und Vertrauensankerwechsel in eine Abhängigkeitsfolge bringen
• Messgrößen für Abdeckung, Nutzung und verbleibende klassische Signaturen festlegen

Praxisübungen

• Eine PKI-Abhängigkeitskarte und Zertifikatsverbrauchermatrix erstellen
• ML-DSA- und SLH-DSA-Profile für unterschiedliche Signaturanwendungen bewerten
• Größen- und Kompatibilitätsauswirkungen einer PQC-Zertifikatskette untersuchen
• Einen gestaffelten Vertrauensanker- und Signaturmigrationsplan ausarbeiten