Certificate Transparency (CT) logs are append-only tamper-evident data structures that can be verified by anyone. For example, it is possible to challenge a log to prove certificate inclusion (membership) and log consistency (append-only, no tampering) based on partial information. While these properties can convince an entity that a certificate is logged and not suddenly removed in the future, there is no guarantee that anyone else observes the same consistent view. To solve this issue a few gossip protocols have been proposed, each with different quirks, benefits, assumptions, and goals. We explore CT gossip below the application layer, finding that packet processors such as switches, routers, and middleboxes can aggregate gossip passively or actively to achieve herd immunity: (in)direct protection against undetectable log misbehaviour. Throughout the thesis we describe, instantiate, and discuss passive aggregation of gossip messages for a restricted data plane programming language: P4. The concept of active aggregation is also introduced. We conclude that (i) aggregation is independent of higher-level transparency applications and infrastructures, (ii) it appears most prominent to aggregate Signed Tree Heads (STHs) in terms of privacy and scalability, and (iii) passive aggregation can be a long-term solution if the CT ecosystem adapts. In other words, not all sources of gossip must be encrypted to preserve privacy. / HITS, 4707

Angesichts der zentralen Rolle der Root-Zertifizierungsstellen als Vertrauensanker der Web PKI und der in der Vergangenheit aufgetretenen Vorfälle mit unberechtigt oder inkorrekt ausgestellten Zertifikaten, ist die Transparenz und Verantwortlichkeit dieser Root CAs von großer Bedeutung. Seit der Einführung von Certificate Transparency Logs werden alle von Certificate Authorities ausgestellten Zertifikate in diese öffentlichen Logs eingetragen. Die Arbeit stellt die Problematik der eingeschränkten Zugänglichkeit dieser Daten für die Wissenschaft dar und entwickelt ein Werkzeug, dass eine unabhängige Aufzeichnung und Auswertung von Certificate Transparency Logs ermöglicht. Das entwickelte System nutzt eine containerbasierte Architektur und Elasticsearch zur effizienten Speicherung und Analyse der Daten. Es bewältigt ein hohes Datenaufkommen von durchschnittlich 25 Millionen Log-Einträgen pro Tag und ermöglicht eine anpassbare Datenverarbeitung und -auswertung. Die Vorverarbeitung und Indexierung sowie die Auswertung der Daten erfolgte mit Python, was eine flexible Anpassung des Systems an unterschiedliche Forschungsfragen erlaubt. Über einen Zeitraum von 42 Tagen wurden insgesamt 645 Millionen CT Log-Einträge aufgezeichnet und analysiert. Aus den Auswertungen geht hervor, wie verschiedene CAs und deren Root-Zertifikate genutzt werden und wie stark die unterschiedlichen CT Logs von CAs verwendet werden. Die Arbeit identifiziert jedoch auch Herausforderungen, wie den hohen Speicherbedarf und notwendige Optimierungen in der Datenindexierung.:1 Einleitung 1.1 Problemstellung 1.2 Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 X509-Zertifikate 2.1.1 Felder 2.1.2 Erweiterungen 2.2 Certificate Transparency 2.2.1 Certificate Transparency Log 2.2.2 Überprüfung durch User Agents 2.2.3 Überprüfung durch Monitors 2.2.4 Eintragung durch Certificate Authorities 3 Konzeptionierung 3.1 Abfrage der CT Logs 3.2 Verarbeitung der Zertifikate 3.3 Speicherung & Auswertung der Daten 3.4 Überwachung 3.5 Docker 4 Implementierung 4.1 Plattform 4.2 Überwachung 4.3 certstream-server 4.4 Verarbeitung 4.4.1 Pufferung (stream-to-queue-publisher) 4.4.2 Vorverarbeitung (cert-indexer) 4.5 Elasticsearch 4.5.1 Speicherverbrauch 4.5.2 Field Mappings 5 Auswertung 5.1 Logs & Log-Betreiber 5.2 Certificate Authorites 5.3 Zertifikats-Größe 5.4 Gültigkeitsdauer 6 Schluss 6.1 Fazit 6.2 Ausblick A Beispiel X509 Leaf-Zertifikat B Beispiel X509 Root-Zertifikat C Beispiele Elasticsearch Abfragen Literatur Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis / In view of the central role of the root certification authorities as trust anchors of the Web PKI and the incidents that have occurred in the past with unauthorised or incorrectly issued certificates, the transparency and accountability of these root CAs is of great importance. With the introduction of Certificate Transparency Logs, all certificates issued by Certificate Authorities are now entered in public logs. The work presents the problem of the limited accessibility of this data for science and develops a tool that enables an independent recording and evaluation of Certificate Transparency Logs. The developed system uses a container-based architecture and Elasticsearch to efficiently store and analyse the data. It can handle a high volume of data, averaging 25 million log entries per day, and enables customisable data processing and analysis. Python was used to pre-process, index and analyse the data, allowing the system to be flexibly adapted to different research questions. A total of 645 million CT log entries were recorded and analysed over a period of 42 days. The analyses show how different CAs and their root certificates are used and how much the different CT logs are used by CAs. However, the work also identifies challenges, such as the high memory requirements and necessary optimisations in data indexing.:1 Einleitung 1.1 Problemstellung 1.2 Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 X509-Zertifikate 2.1.1 Felder 2.1.2 Erweiterungen 2.2 Certificate Transparency 2.2.1 Certificate Transparency Log 2.2.2 Überprüfung durch User Agents 2.2.3 Überprüfung durch Monitors 2.2.4 Eintragung durch Certificate Authorities 3 Konzeptionierung 3.1 Abfrage der CT Logs 3.2 Verarbeitung der Zertifikate 3.3 Speicherung & Auswertung der Daten 3.4 Überwachung 3.5 Docker 4 Implementierung 4.1 Plattform 4.2 Überwachung 4.3 certstream-server 4.4 Verarbeitung 4.4.1 Pufferung (stream-to-queue-publisher) 4.4.2 Vorverarbeitung (cert-indexer) 4.5 Elasticsearch 4.5.1 Speicherverbrauch 4.5.2 Field Mappings 5 Auswertung 5.1 Logs & Log-Betreiber 5.2 Certificate Authorites 5.3 Zertifikats-Größe 5.4 Gültigkeitsdauer 6 Schluss 6.1 Fazit 6.2 Ausblick A Beispiel X509 Leaf-Zertifikat B Beispiel X509 Root-Zertifikat C Beispiele Elasticsearch Abfragen Literatur Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis

Security on the Internet is essential to ensure the privacy of an individual. Today, Trans- port Layer Security (TLS) and certificates are used to ensure this. But certificates are not enough in order to maintain confidentiality and therefore a new concept, Certificate Trans- parency (CT), has been introduced. CT improves security by allowing the analysis of sus- picious certificates. Validation by CT uses public logs that can return Signed Certificate Timestamp (SCT), which is a promise returned by the log indicating that the certificate will be added to the log. A server may then deliver the SCT to a client in three different ways: X.509v3 extension, Online Certificate Status Protocol (OSCP) stapling and TLS extension. For further analysis, we have created a tool to collect data during TLS handshakes and data transfer, including byte information, the certificates themselves, SCT delivery method and especially timing information. From our dataset we see that most websites do not use CT and the ones that use CT almost only use X.509 extension to send their SCTs.

Certificate transparency är ett system för att höja standarden på de certifikat som auten-tiserar hemsidor. Problemet är att certificate transparency i nuläget inte stöds av allawebbläsare. Firefox är en av dessa webbläsare och kommer vara fokus i detta pro-jekt.Målet med detta projekt är att undersöka ifall certificate transparency säkert skullekunna implementeras med hjälp av ett webbläsartillägg. Ett tillägg som implementerarcertificate transparency har testats för att se hur det beter sig när en webbsida försökerstoppa det från att utföra sitt jobb. Detta gjordes med en testmiljö som simulerar enattack från en hemsida mot en webbläsare med tillägget som har skapats. Rapportensresultat indikerar att ett tillägg som implementerar certificate transparency och kanmotstå försök att hindra dess arbete är helt möjligt att skapa.iii

Today’s Web Public Key Infrastructure (PKI) builds on a homogeneous trust model. All Certificate Authorities (CAs) are equally trusted once they are marked as trusted CAs on the client side. As a result, the security of the Web PKI depends on the weakest CA. Trust heterogeneity and flexibility can be introduced in today’s Web PKI to mitigate the problem. Each client could have different levels of trust in each trusted CA, according to the properties of each CA, such as the location, reputation and scale of the CA. As a result, the loss caused by the compromise of a less trusted CA will be relieved. In this work, we study Flexible-PKI (F-PKI), which is an enhancement of Web PKI, and propose Lite Flexible-PKI (LF-PKI) to address the limitations of F-PKI. LF-PKI is designed to securely and efficiently manage domain policies and enable trust heterogeneity on the client side. The domain owner can issue domain policies for their domains, and the client will have a complete view of the domain policies issued for a specific domain. Based on the collection of domain policies from LF-PKI, trust heterogeneity can be achieved on the client side. Each client will choose the domain policies based on the trust levels of the CA. On the basis of the LF-PKI design, a high-performance implementation of LF-PKI was developed, optimized, and analyzed. The optimized implementation can provide the LF-PKI services for worldwide domains on a single server with moderate hardware. / Dagens Web Public Key Infrastructure (PKI) bygger på en homogen förtroendemodell. Alla certifikatutfärdare (CA) är lika betrodda när de är markerade som betrodda certifikatutfärdare på klientsidan. Som ett resultat beror säkerheten för webb-PKI på den svagaste CA. Förtroendeheterogenitet och flexibilitet kan införas i dagens webb-PKI för att mildra problemet. Varje klient kan ha olika nivåer av förtroende för varje betrodd certifikatutfärdare, beroende på egenskaperna hos varje certifikatutfärdare, såsom certifikatutfärdarens plats, rykte och omfattning. Som ett resultat kommer förlusten som orsakats av kompromissen av en mindre pålitlig CA att avhjälpas. I detta arbete studerar vi Flexible-PKI (F-PKI), som är en förbättring av webb-PKI, och föreslår Lite Flexible-PKI (LF-PKI) för att ta itu med begränsningarna hos F-PKI. LF-PKI är utformad för att säkert och effektivt hantera domänpolicyer och möjliggöra förtroendeheterogenitet på klientsidan. Domänägaren kan utfärda domänpolicyer för sina domäner, och klienten kommer att ha en fullständig bild av domänpolicyerna som utfärdats för en specifik domän. Baserat på insamlingen av domänpolicyer från LF-PKI kan förtroendeheterogenitet uppnås på klientsidan. Varje klient kommer att välja domänpolicyer baserat på förtroendenivåerna för CA. På basis av LF-PKI-designen utvecklades, optimerades och analyserades en högpresterande implementering av LF-PKI. Den optimerade implementeringen kan tillhandahålla LF-PKI-tjänster för världsomspännande domäner på en enda server med måttlig hårdvara.