Cloudflare construit une autorité de certification post-quantique utilisant les certificats d'arbre de Merkle

Cloudflare a annoncé la création d'une nouvelle autorité de certification conçue pour prendre en charge les certificats d'arbre de Merkle (MTC), une approche novatrice de la sécurité web qui répond à la menace imminente du calcul quantique. À la suite d'un déploiement expérimental réussi avec Google Chrome, l'entreprise prévoit que ses certificats soient inclus dans le magasin racine résistant aux attaques quantiques de Chrome d'ici début 2027. Cette initiative marque un changement significatif dans la manière dont la confiance est établie sur Internet, s'éloignant des chaînes de certificats traditionnelles au profit d'un modèle plus efficace et axé sur la transparence.

Ce qui s'est passé

L'infrastructure à clé publique Web (PKI) repose actuellement sur des autorités de certification pour valider la propriété des domaines et la lier à une clé publique. Pour garantir que ces autorités respectent les règles, l'industrie a adopté la Transparence des Certificats (CT), qui exige que tous les certificats soient enregistrés dans des bases de données publiques. Cependant, ce système a été ajouté après coup à la conception originale de la PKI. Alors que les ordinateurs quantiques approchent, capables de briser les normes de chiffrement actuelles d'ici 2029, l'industrie doit passer à la cryptographie post-quantique. Le simple remplacement par des signatures post-quantiques plus volumineuses dans le cadre CT existant entraînerait une dégradation massive des performances et une inflation du stockage, estimée à une augmentation des besoins en données de quarante fois.

Pour résoudre ce problème, Cloudflare construit une autorité de certification qui prend nativement en charge les certificats d'arbre de Merkle (MTC). Contrairement aux systèmes traditionnels où la transparence est un ajout optionnel, les MTC considèrent la transparence comme une propriété fondamentale de l'émission. L'entreprise fournira gratuitement l'émission standard de MTC, visant à offrir une voie de mise à niveau indolore pour Internet. Cette nouvelle autorité fonctionnera parallèlement à l'émission classique de certificats, permettant aux serveurs d'utiliser par défaut la méthode d'authentification la plus sécurisée disponible sans perturber les services existants.

Comment cela fonctionne

Les certificats d'arbre de Merkle modifient le mécanisme fondamental de vérification de la confiance. Au lieu de signer chaque certificat individuellement, une autorité de certification les regroupe dans un arbre de Merkle à append-only (ajout uniquement). La CA signe ensuite uniquement la racine de cet arbre. Lorsqu'un client, tel qu'un navigateur, doit vérifier un certificat spécifique, il utilise une preuve d'inclusion compacte — une séquence de hachages cryptographiques — pour confirmer que le certificat existe bien dans l'arbre signé. Cette approche suit le principe « ne pas journaliser ce que vous émettez, mais émettre en journalisant », rendant la transparence une exigence obligatoire de fonctionnement plutôt qu'une étape séparée.

Il existe deux formes de MTC : autonomes et relatifs aux points de repère (landmark-relative). Les certificats autonomes incluent la tête d'arbre co-signée et la preuve d'inclusion directement dans la valeur de signature. Les certificats relatifs aux points de repère sont plus efficaces ; ils reposent sur la réception par les clients de mises à jour périodiques de sous-arbres de confiance, ou points de repère, via des mécanismes hors bande tels que les mises à jour du navigateur. Lors d'une poignée de main TLS, le serveur n'envoie qu'une preuve d'inclusion légère. Le navigateur vérifie si le certificat appartient à un point de repère de confiance, réduisant considérablement les données transmises lors de la connexion. Si un client ne dispose pas du dernier point de repère, il peut revenir au format autonome.

Pour garantir l'intégrité, le système de Cloudflare utilise des co-signataires miroirs. Il s'agit d'entités indépendantes qui stockent des copies du journal d'émission et vérifient que les nouvelles entrées sont ajoutées correctement et de manière cohérente. La politique de Chrome exige au moins deux co-signatures : une de la CA et une d'un miroir indépendant. Cloudflare mettra en œuvre son co-signataire miroir en utilisant Azul, un journal de transparence open source basé sur Rust, garantissant que même si le journal principal de la CA est indisponible, les registres d'émission restent accessibles pour la surveillance.

Détails clés

• Cloudflare vise l'inclusion dans le magasin racine résistant aux attaques quantiques de Chrome d'ici début 2027.
• Les signatures post-quantiques sont environ quarante fois plus volumineuses que les signatures classiques, créant de graves problèmes de scalabilité pour les journaux de Transparence des Certificats actuels.
• Les certificats d'arbre de Merkle regroupent les émissions dans un arbre de Merkle, nécessitant une seule signature pour toute la racine de l'arbre.
• Le système utilise des co-signataires miroirs pour vérifier la cohérence du journal et assurer sa disponibilité, Chrome imposant au moins une co-signature indépendante.
• Dans les expériences avec Chrome Beta 146, les MTC relatifs aux points de repère étaient neuf pour cent plus rapides que les chaînes de signatures classiques à la médiane.
• Cloudflare offrira gratuitement l'émission standard de MTC, maintenant un fork du logiciel Boulder ACME pour traiter les demandes.

Pourquoi c'est important

Pour les ingénieurs logiciels et les responsables d'infrastructure, cette transition représente une évolution critique de l'architecture de sécurité. Le système PKI actuel lutte sous le poids de sa propre complexité, et l'arrivée du calcul quantique menace de le briser entièrement. En adoptant les MTC, les développeurs peuvent se préparer à un avenir où la sécurité est à la fois plus forte et plus efficace. La réduction de la taille de la poignée de main et de la surcharge de traitement signifie que une sécurité renforcée ne se fait pas au détriment de l'expérience utilisateur ou des performances du serveur.

De plus, le passage à un modèle axé sur la transparence réduit le risque que des certificats mal émis passent inaperçus. Dans le système actuel, les moniteurs doivent télécharger et traiter d'énormes quantités de données redondantes provenant de multiples journaux. Avec les MTC, le journal est la source de vérité, et les consommateurs récupèrent chaque certificat une seule fois. Cette efficacité encourage un ensemble plus diversifié d'opérateurs de journaux et de moniteurs, renforçant la résilience globale de l'écosystème de confiance du Web. Les ingénieurs développant des produits dépendant de l'authentification TLS devraient commencer dès maintenant à comprendre ces mécanismes pour assurer une migration fluide lorsque les navigateurs appliqueront les normes post-quantiques.

Ce que vous pouvez faire

• Surveillez la page Radar de Cloudflare pour obtenir des mesures à grande échelle et des mises à jour sur les tendances de la transparence des certificats.
• Examinez les projets du groupe de travail PLANTS de l'IETF pour comprendre les spécifications techniques des certificats d'arbre de Merkle.
• Préparez votre infrastructure à prendre en charge les interactions avec le protocole ACME, car la CA MTC de Cloudflare utilisera un fork de Boulder.
• Gardez un œil sur les politiques du Programme de Magasin Racine Résistant aux Attaques Quantiques de Chrome pour comprendre les futures exigences de conformité.
• Testez vos configurations TLS actuelles pour vous assurer qu'elles peuvent gérer les scénarios de repli pendant la période de transition.
• Suivez les versions open source de Cloudflare, y compris le journal de transparence Azul, pour rester informé des détails de mise en œuvre.