Merkle Tree Certificate 的支援已整合至 Chrome 瀏覽器,未來將普及。

Google 週五公布其 Chrome 瀏覽器將如何保護 HTTPS 憑證免受量子電腦攻擊,同時不影響網路運作。

這是一項艱鉅的任務。用於透明發布 TLS 憑證的抗量子密碼學資料,其體積約為現今使用的傳統密碼學資料的 40 倍。目前典型的 X.509 憑證鏈包含六個橢圓曲線簽章和兩個 EC 公鑰,每個僅 64 位元組。這些資料可被量子電腦的 Shor 演算法破解。完整的憑證鏈約為 4 公里位元組。瀏覽器連接網站時必須傳輸所有這些資料。

Cloudflare 的首席研究工程師 Bas Westerbaan 表示:「憑證越大,握手速度越慢,就會有越多使用者被排除在外。」Cloudflare 正與 Google 合作進行轉型。「我們的問題是不希望在這個轉型過程中將任何人拋下。」他告訴 Ars,如果新加密方式減慢瀏覽速度,使用者可能會禁用它。他補充說,體積的巨大增加也會損害介於瀏覽器和最終網站之間的「中間設備」。

為繞過瓶頸,各公司正轉向 Merkle Tree,這是一種數據結構,利用密碼雜湊和其他數學方法,僅用極少量資料即可驗證大量資訊內容,相較於傳統公鑰基礎設施的驗證流程更有效率。Cloudflare 在此有更深入的 Merkle Tree 介紹。

Google Chrome 安全網路與網路團隊成員週五撰文指出:「Merkle Tree Certificate 取代了傳統 PKI 中繁重、序列化的簽章鏈,改為緊湊的 Merkle Tree 證明。」「在此模型中,憑證授權機構 (CA) 會簽署一個代表數百萬個憑證的單一『樹頂』,而傳送給瀏覽器的『憑證』僅僅是一個輕量級的包含證明。」

Google 和其他瀏覽器製造商要求所有 TLS 憑證都必須發布在公開透明日誌中,這些日誌是不可附加的分布式帳本。網站所有者可以即時檢查日誌,確保其使用的網域沒有發布惡意憑證。這些透明度計畫是為了應對 2011 年荷蘭 DigiNotar 被駭事件,該事件導致為 Google 和其他網站偽造了 500 個憑證,其中一些被用於監控伊朗的網路使用者。

一旦 Shor 演算法可行,它就可以被用來偽造傳統加密簽章並破解憑證日誌的傳統加密公鑰。最終,攻擊者可以偽造簽署的憑證時間戳,向瀏覽器或作業系統證明憑證已註冊,即使實際上沒有。

為排除這種可能性,Google 正在加入來自抗量子演算法(如 ML-DSA)的密碼學材料。這項新增措施只有在攻擊者同時破解傳統和後量子加密時,才能實現偽造。這個新機制是 Google 所稱的抗量子根憑證庫的一部分,它將補充 Google 於 2022 年成立的 Chrome 根憑證庫。

MTC 使用 Merkle Tree 提供抗量子的憑證發布保證,而無需添加大部分冗長的密鑰和雜湊。Westerbaan 表示,透過使用其他技術來減少資料大小,MTC 的長度將與現在的 4 公里位元組大致相同。

新系統已整合至 Chrome。目前,Cloudflare 正在註冊約 1,000 個 TLS 憑證,以測試 MTC 的效果。目前由 Cloudflare 生成分布式帳本。計畫最終由 CA 承擔此角色。網際網路工程任務組標準組織最近成立了一個名為「PKI、日誌和樹簽章」的工作組,該組織正與其他主要參與者協調,以制定長期解決方案。

Google 在週五的部落格文章中表示:「我們認為採用 MTC 和抗量子根憑證庫是確保當今生態系統基礎穩健性的關鍵機會。」「透過為現代、敏捷的網路的特定需求進行設計,我們可以加速後量子彈性對所有網路使用者的普及。」