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Systemarchitektur

Zusammenfassung. Diese Seite beschreibt die Komponenten einer TrustBridge-Installation, ihre Verbindungen und für jede Komponente ein Sicherheitsprofil: Aufgabe, Sicherheitsgrenze, benötigte Rechte, ausdrücklich verbotene Fähigkeiten, Identitätsnachweis, Datenfluss und Schlüsselzugriff, Verhalten bei Fehlern und Kompromittierung, Wiederanlauf und Audit, verbleibende Risiken. Eine Installation besteht aus zwei Teilen: der Zertifizierungsstelle mit Verwaltung, Enrollment und Verteilung an einem zentralen Ort der Organisation und den Endpunktkomponenten Schlüsselagent, Schlüsselvermittler und TLS-Adapter auf jedem angebundenen Rechner.

Begriffe

  • Vertrauensbasis (Trusted Computing Base, TCB) – die Menge der Komponenten, deren Kompromittierung eine unberechtigte Ausstellung oder Statusaussage ermöglicht.
  • Auftrag – unveränderlicher, byte-genau gespeicherter Schnappschuss eines künftigen Zertifikats, einer Sperrung oder einer Beziehungsrichtlinie; Kennung ist der SHA-256 über seine Bytes.
  • Register – nur anfügbares, verkettetes Journal des CA-Workers über Absichten, Ausstellungen, Ablehnungen, Sperrungen und Beziehungen.
  • Regelwerk – lokale Konfigurationsdatei des CA-Workers: zugelassene CAs und Profilklassen, Freigeber, Laufzeiten, erlaubte Inhalte.
  • Vertrauensbündel – vom CA-Worker signierte Zusammenstellung der aktiven Beziehungen einer Organisation mit ihren Vertrauensankern und Richtlinien; TLS-Adapter und Schlüsselagenten akzeptieren nur Bündel mit gültiger Signatur.
  • Projektion – Kopie eines Registereintrags in der Datenbank zur Anzeige; nicht verbindlich.

Darstellungskonventionen

Alle Diagramme verwenden dieselbe visuelle Sprache.

ElementBedeutung
Rot hinterlegtVertrauensbasis: Ihre Kompromittierung ermöglicht unberechtigte Ausstellung
Grau hinterlegtOnline-Dienste und Speicher außerhalb der Vertrauensbasis
Dunkelgrau hinterlegtoffline betriebene Komponente
Blau hinterlegtBeteiligte und Systeme außerhalb von TrustBridge
Grün hinterlegtzusätzliche Post-Quanten-Schutzschicht
Gelb hinterlegtBerechtigungsentscheidung der Zielanwendung
Weiß hinterlegt, grau umrandetOrganisation oder Bereich
Durchgezogener Pfeil -->Daten- oder Auftragsfluss, Richtung des Verbindungsaufbaus
Gestrichelter Pfeil -.->Übertragung außerhalb des regulären Datenwegs (Zeremonie, Austausch von Vertrauensankern, zweiter Weg)
Doppelter Pfeil ==>kryptographische Operation oder Übergabe eines kryptographischen Ergebnisses (Signatur, Freigabe, Schlüssel)

Gesamtsicht und Netzrichtungen

graph TD
  subgraph Z1 [Zone Partner und Prüfer]
    PS[Systeme der Partner]
    PR[Prüfende Gegenstellen]
    PP[Freigeber der Partner]
  end
  subgraph Z2 [Zone Online-Dienste]
    AD[Protokolladapter<br/>ACME, EST]
    EK[Enrollment-Kern<br/>Attestierung]
    VW[Verwaltung<br/>Verwaltungs-API]
    PO[Partnerportal]
    VT[Verteilung<br/>AIA, CDP, Vertrauensbündel]
  end
  subgraph Z3 [Zone Daten]
    DB[(SQL Server)]
  end
  subgraph Z4 [Zone Signatur, kein Eingang]
    WK[CA-Worker]
    HSM[Sicherheitsmodul]
    REG[(Register)]
  end
  subgraph Z5 [Zone Betrieb]
    ADM[Verwaltungsanwendung]
    ANK[(Externer Anker<br/>nur anfügbar)]
    ART[(Artefaktspeicher<br/>zweiter Weg)]
  end
  subgraph Z6 [Offline]
    RT[Wurzel-CA]
  end
  subgraph Z7 [Angebundener Rechner]
    TLA[TLS-Adapter]
    SA[Schlüsselagent und<br/>Schlüsselvermittler]
  end
  PS -->|HTTPS| AD
  PP -->|HTTPS| PO
  AD --> EK
  EK -->|Auftrag| DB
  ADM -->|HTTPS| VW
  PO --> VW
  VW -->|SQL| DB
  WK -->|ausgehend: liest, schreibt| DB
  WK ==>|signiert| HSM
  WK --> REG
  WK -->|ausgehend| ART
  WK -->|Kettenkopf| ANK
  DB --> VT
  ART --> VT
  PR -->|HTTP GET| VT
  TLA -->|Sperrlisten, Vertrauensbündel| VT
  SA -->|Erneuerung über ACME oder EST| AD
  RT -.->|Zeremonie| WK
  classDef tcb fill:#fde7e9,stroke:#a4262c,color:#201f1e
  classDef onl fill:#f3f2f1,stroke:#605e5c,color:#201f1e
  classDef off fill:#e1dfdd,stroke:#323130,color:#201f1e
  classDef par fill:#deecf9,stroke:#0078d4,color:#201f1e
  classDef pq fill:#dff6dd,stroke:#107c10,color:#201f1e
  class WK,HSM,REG,EK tcb
  class AD,VW,PO,VT,DB,ANK,ART,TLA onl
  class RT off
  class PS,PR,PP,ADM par
  class SA pq
  style Z1 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z2 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z3 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z4 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z5 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z6 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
  style Z7 fill:#ffffff,stroke:#8a8886,color:#201f1e
DarstellungBedeutung
RotVertrauensbasis; der Enrollment-Kern gehört nur für automatische Profilklassen dazu
GrauOnline-Dienste und Speicher außerhalb der Vertrauensbasis
GrünPost-Quanten-Schutzschicht auf dem angebundenen Rechner
PfeilrichtungRichtung des Verbindungsaufbaus; der CA-Worker baut nur ausgehende Verbindungen auf
Pfeilartendurchgezogen: Daten- und Auftragsfluss; gestrichelt: außerhalb des regulären Datenwegs; doppelt: kryptographische Operation

Prozess- und Kontentrennung. Verwaltung, Partnerportal, Enrollment und Verteilung dürfen in einer kleinen Installation in einem Prozess laufen. Der CA-Worker nie: Er teilt weder Prozess noch Betriebssystemkonto mit einem Dienst, der HTTP annimmt. Jeder Dienst meldet sich an der Datenbank mit eigener Anmeldung an, die nur die Rechte der von ihm benötigten Tabellen hat.

Einsatzvarianten

VarianteAufbauEignung
KleinRechner 1: Verwaltung, Partnerportal, Enrollment und Verteilung in einem Prozess, Datenbank; Rechner 2: CA-Worker mit Sicherheitsmodul, nur ausgehende Verbindungen; Wurzel offlinekleiner Betrieb ohne Hochverfügbarkeit, Lieferant im Modell Managed
StandardEnrollment und Partnerportal in einer vorgelagerten Zone, Verwaltung im internen Netz, Verteilung mit mehreren Instanzen, eigener Datenbankserver, CA-Worker und Sicherheitsmodul je mit Bereitschaft, externer Anker und Artefaktspeicher getrenntProduktivbetrieb eines Auftraggebers

In beiden Varianten laufen TLS-Adapter, Schlüsselagent und Schlüsselvermittler auf jedem angebundenen Rechner oder auf einem vorgelagerten Rechner im selben geschützten Netzsegment. Die Trennung von Prozess und Betriebssystemkonto zwischen CA-Worker und HTTP-Diensten ist vorgeschrieben; ein eigener Rechner für den Worker ist empfohlen.

Vertrauensübergänge

VonNachMechanismusWas geprüft wird
PartnersystemProtokolladapterTLS; ACME-Konto mit Bindung an den Mandanten bzw. EST mit Client-ZertifikatAntrag ist ungeprüfte Eingabe; Besitznachweis, Namensraum, Profilklasse
Verwaltungsanwendung, PartnerportalVerwaltungs-APIHTTPS; persönlicher Schlüssel, zweiter FaktorRechte je Anfrage; Freigaben werden nur weitergereicht
Verwaltung, EnrollmentDatenbankeigene Anmeldung je DienstRechte je Tabelle; Inhalt ist für den Worker ungeprüfte Eingabe
DatenbankCA-Workerausgehende Verbindung des WorkersFreigaben gegen öffentliche Schlüssel im Regelwerk; alle Regeln der Profilklasse oder der Beziehung
CA-WorkerSicherheitsmodulSitzung mit PIN aus dem Geheimnisspeicher des BetriebssystemsSchlüssel über Fingerabdruck im Regelwerk
Offline-WurzelCA-WorkerDatenträger aus der ZeremonieFingerabdruck gegen Zeremonieprotokoll
CA-WorkerVerteilungsignierte Artefakte über zwei WegeSignatur, steigende CRL- und Bündelnummer
VerteilungGegenstelle, TLS-AdapterHTTP ohne Transportsicherung genügtEchtheit allein aus der Signatur von Sperrliste und Vertrauensbündel
SchlüsselagentSchlüsselagent der Gegenseiteeigenes Protokoll über TLSML-DSA-Agentenzertifikat gegen den Anker der Beziehung im Vertrauensbündel
SchlüsselvermittlerTLS-Adapterlokale Schnittstelle des BetriebssystemsZugriff nur für das Konto des Adapters

Datenzugriff

DienstLiestSchreibtSigniert
CA-WorkerAufträge, Freigaben, Stornierungen, Sperraufträge, BeziehungsaufträgeProjektionen, Sperrlisten, Vertrauensbündel, Systemzustandja, im Sicherheitsmodul
VerwaltungStammdaten, Profilvorlagen, Aufträge, Beziehungen, ProjektionenStammdaten, Profilvorlagen, Aufträge, Beziehungsaufträge, weitergereichte Freigaben, Stornierungen, Sperraufträge, Zugangsverwaltungnein
Partnerportalüber die Verwaltung, beschränkt auf den Mandanten des PartnersAnträge und Freigaben der Freigeber des Partnersnein
EnrollmentProfilvorlagen, eigene Aufträge, ProjektionenAnträge, Aufträge, Attestierungennur Attestierung
Verteilungvorab signierte Sperrlisten, CA-Zertifikate und Vertrauensbündelnichtsnein
Verwaltungsanwendung– (nur über die Verwaltung)–Freigaben mit persönlichem Schlüssel
SchlüsselagentVertrauensbündel, eigenes AgentenzertifikatGeheimnisse nur in den Speicher des Rechnersnur den eigenen Schlüsselaustausch

Sicherheitsprofile der Komponenten

CA-Worker

MerkmalFestlegung
AufgabeAufträge prüfen und ausführen, Seriennummern erzeugen, signieren, Register führen, Sperrlisten und Vertrauensbündel erzeugen, Systemzustand melden
SicherheitsgrenzeVertrauensbasis, zusammen mit Host, Konto, Uhr, Regelwerk und Register
Benötigte RechteLesen der Auftragstabellen, Schreiben der Projektionen; Zugriff auf das Sicherheitsmodul; ausgehende Verbindungen zu Datenbank, Artefaktspeicher und Anker
Verboteneingehende Netzverbindungen; Prozess oder Konto mit einem HTTP-Dienst teilen; Signatur ohne gültige Freigabe oder Attestierung; Inhalte aus Profilen ableiten
IdentitätStartprüfung: Fingerabdruck und Nicht-Exportierbarkeit jedes CA-Schlüssels gegen das Regelwerk; exklusive Dateisperre auf das Register (genau ein aktiver Worker je CA)
Datenfluss, Schlüsselliest Aufträge als ungeprüfte Eingabe; Schlüssel nur als Verweis auf das Sicherheitsmodul; PIN im Geheimnisspeicher des Betriebssystems
FehlerverhaltenAbsicht wird vor der Signatur ins Register geschrieben; nach Absturz signiert er dieselbe Absicht mit derselben Seriennummer neu; ein Zertifikat verlässt ihn erst nach dem Ergebniseintrag. Giftaufträge enden nach einer Höchstzahl von Versuchen als Ablehnung. Endgültige Fehler (Regelverstoß) werden sofort abgelehnt, vorübergehende (Datenbank) wiederholt
KompromittierungAngreifer kann im Rahmen der im Modul vorhandenen Schlüssel ausstellen; Gegenmaßnahme: Sperrung der CA durch die Wurzel, Erkennung über Abgleich der Signaturzähler des Moduls mit dem Register
WiederanlaufBereitschafts-Worker mit eigenem Modulzugang; nach Wiederherstellung des Registers übernimmt er projizierte Zertifikate mit gültiger CA-Signatur, bevor er neue Aufträge abarbeitet
AuditRegister mit Hash-Kette, Kettenkopf an externen Anker und in jede Zeremonie
Restrisiko, KontrollenAdministrator des Worker-Hosts kann das Regelwerk ändern: Vier-Augen-Prinzip und Prüfsumme des Regelwerks im Register; physischer und logischer Zugangsschutz

Sicherheitsmodul

MerkmalFestlegung
AufgabeCA-Schlüssel erzeugen, verwahren und nutzen
SicherheitsgrenzeVertrauensbasis
Anforderungennicht exportierbare Schlüssel für ML-DSA und die klassischen Verfahren; Rollen und Quorum für Verwaltungsvorgänge; Signaturzähler je Schlüssel; Zertifizierung nach FIPS 140-3 oder Common Criteria
VerbotenExport von CA-Schlüsseln; Software-Schlüssel für eine CA
IdentitätSchlüssel über Fingerabdruck im Regelwerk gebunden; ein Schlüssel gehört zu genau einer CA
FehlerverhaltenAusfall wie Ausfall des Workers; Bereitschaftsmodul. Sicherung nur über den Mechanismus des Moduls unter Mehrpersonenregel; ein Tausch des Moduls ändert nur den Verweis, nicht den Schlüssel
KompromittierungSchlüssel gilt als kompromittiert; Verfahren siehe Betrieb und Notfall

Offline-Wurzel

MerkmalFestlegung
AufgabeWurzelschlüssel; ausstellende CAs mit Namensbeschränkung signieren; Sperrliste der Wurzel; Sperrung ausstellender CAs
SicherheitsgrenzeVertrauensbasis, dauerhaft ohne Netz
VerbotenNetzverbindung; Signatur von Inhalten aus dem Online-System ohne Bestätigung über einen zweiten Kanal
IdentitätRollen der Zeremonie: Leitung, Verwahrer, Zeuge; zwei Tresore
Datenflusshinein nur CSR der ausstellenden CA, Zeremonieauftrag, Sperrauftrag einer CA; heraus nur CA-Zertifikat, Wurzelzertifikat, Wurzel-Sperrliste, öffentlicher Teil des Protokolls
Auditeigenes Register; Protokoll jeder Zeremonie

Verwaltung (Verwaltungs-API)

MerkmalFestlegung
AufgabeGegenstelle der Verwaltungsanwendung, des Partnerportals und der Automatisierung: Stammdaten und Profilvorlagen pflegen, Aufträge als Schnappschuss erzeugen (CSR lesen, Erweiterungen kodieren), Beziehungen anlegen und ändern, Freigaben weiterreichen, stornieren, Sperraufträge stellen, Inventar, Zugangsverwaltung
Sicherheitsgrenzeaußerhalb der Vertrauensbasis
Benötigte Rechteeigene Datenbankanmeldung mit Rechten auf Stammdaten, Aufträge, Beziehungen, Zugangsverwaltung
Verbotensignieren; Zugang zum Sicherheitsmodul; einen Auftrag zur Ausführung bringen; Freigaben bezeugen
Identität der Aufruferpersönlicher Schlüssel plus zweiter Faktor für jede Person; für Programme mTLS mit Zertifikaten der eigenen CA
FehlerverhaltenAusfall verhindert Verwaltung, nicht Ausstellung automatischer Klassen, nicht die Statusauskunft und nicht bestehende Beziehungen
KompromittierungAngreifer kann Aufträge vorschlagen, stornieren, Sperren auslösen und Mandantendaten lesen; er kann nicht ausstellen und keine Beziehung in Kraft setzen, weil die Freigabe-Schlüssel nicht bei ihm liegen
Auditjede Rechteänderung zusammen mit ihrem Audit-Eintrag in einer Transaktion

Partnerportal

MerkmalFestlegung
AufgabeWeboberfläche für Verantwortliche eines Partners mit Partner-CA in der Hierarchie des Auftraggebers: Anträge stellen, eigene Aufträge freigeben, Inventar und Sperrstatus des eigenen Namensraums einsehen, Sperrung auslösen
Sicherheitsgrenzeaußerhalb der Vertrauensbasis
VerbotenZugriff auf andere Mandanten; Freigabe für einen fremden Namensraum; Freigabe-Schlüssel serverseitig halten
Identitätpersönlicher Schlüssel plus zweiter Faktor; Freigaben signiert die Person mit ihrem eigenen Hardware-Träger im Browser oder in einem lokalen Hilfsprogramm
Kompromittierungwie Verwaltung, beschränkt auf die Mandanten, deren Personen es gerade bedient

Enrollment und Protokolladapter

MerkmalFestlegung
AufgabeAnträge über ACME und EST annehmen, Antragsteller prüfen, Aufträge erzeugen; automatische Profilklassen bestätigen
Sicherheitsgrenzeaußerhalb der Vertrauensbasis; für automatische Klassen gehört der Enrollment-Kern mit seinem Attestierungsschlüssel dazu
Verbotenim Aufruf signieren oder auf ein Zertifikat warten; manuelle Profilklassen bestätigen; private Schlüssel erzeugen (EST serverkeygen)
KompromittierungAusstellung nur in automatischen Klassen, im Namensraum des jeweiligen Partners, mit kurzer Laufzeit; nie CA-Zertifikate, nie fremde Mandanten

Verteilung

MerkmalFestlegung
AufgabeCA-Zertifikate (AIA), Sperrlisten (CDP) und Vertrauensbündel per HTTP ausliefern
Verbotenprivaten Schlüssel besitzen; Schreibzugriff auf CA-Daten
Fehlerverhaltenprüft jede Signatur vor Auslieferung, liefert die höchste gültige Nummer, hält zuletzt gelesene Artefakte vor
Kompromittierungkann eine ältere, noch gültige Sperrliste oder ein älteres Bündel ausliefern; fälschen kann sie nicht
Wiederanlaufhochverfügbar ausgelegt (mehrere Instanzen)

Datenbank

MerkmalFestlegung
Aufgabegemeinsame Daten: Stammdaten, Aufträge, Beziehungen, Projektionen, Zugangsverwaltung, Sicherheitsaudit
Sicherheitsgrenzeausdrücklich außerhalb der Vertrauensbasis
MandantentrennungMandant als Fremdschlüssel in jeder mandantenbezogenen Tabelle, Row-Level Security je Dienstanmeldung
Verbotenprivate Schlüssel; Freigeber (stehen im Regelwerk)
KompromittierungVerzögerung und Einsicht; keine Ausstellung, kein Entsperren, keine Beziehung

Verwaltungsanwendung

MerkmalFestlegung
AufgabeBedienoberfläche der Mitarbeiter der Organisation und ihres Betriebspartners (Systemverwaltung, Partnerverwaltung, Support)
VerbotenDatenbankverbindung; Schlüsselmaterial außer dem persönlichen Freigabe-Schlüssel der angemeldeten Person
Besonderheitzeigt einen Auftrag aus genau den Bytes an, deren Hash die Person signiert, und prüft den Hash selbst

TLS-Adapter

MerkmalFestlegung
Aufgabeeingehende und ausgehende TLS-1.3-Verbindungen für eine lokale Anwendung; gegenseitige Authentisierung nach dem Prüfer-Vertrag; Durchsetzung der Beziehungsrichtlinie; Einbringen des externen PSK; Weitergabe der Partneridentität an die Anwendung; Verbindungsrotation
Sicherheitsgrenzeaußerhalb der Vertrauensbasis der Zertifizierungsstelle; Sicherheitsgrenze des angebundenen Rechners
Benötigte Rechteeigenes Dienstkonto; Lesen des eigenen Dienstschlüssels; Zugriff auf die lokale Schnittstelle des Schlüsselvermittlers
VerbotenVerbindung ohne PSK, wenn die Beziehung ihn verlangt; Verbindungen von Ankern außerhalb des Vertrauensbündels annehmen; Sitzungswiederaufnahme und 0-RTT für Beziehungsverbindungen
Fehlerverhaltenohne gültiges Vertrauensbündel oder ohne gültige Sperrliste keine neuen Verbindungen; jede Ablehnung wird mit Grund protokolliert
KompromittierungAngreifer kann die Verbindungen dieses Rechners lesen und in dessen Namen sprechen, bis Dienstzertifikat oder Agentenzertifikat gesperrt sind
AuditVerbindungsprotokoll mit Partneridentität, Beziehung, Ergebnis der Prüfungen und Verbindungsdauer

Schlüsselagent und Schlüsselvermittler

MerkmalFestlegung
AufgabePost-Quanten-Schlüsselaustausch mit dem Agenten der Gegenseite, Erneuerung im Takt der Beziehung, Übergabe des Geheimnisses an den lokalen TLS-Adapter, Erneuerung des eigenen Agentenzertifikats
SicherheitsgrenzeSicherheitsgrenze des angebundenen Rechners
VerbotenGeheimnisse an einen anderen Rechner weitergeben; Geheimnisse auf Datenträger schreiben; Austausch mit einem Agenten außerhalb des Vertrauensbündels
IdentitätML-DSA-Agentenzertifikat der eigenen Zertifizierungsstelle
Fehlerverhaltenohne erreichbare Gegenseite bleiben gültige Geheimnisse bis zu ihrem Ablauf nutzbar; danach keine neuen Verbindungen
KompromittierungGeheimnisse der Verbindungen dieses Rechners; Sperrung des Agentenzertifikats beendet alle Schlüsselaustausche des Rechners
AuditProtokoll jedes Austauschs mit Gegenseite, Beziehung und Ergebnis, ohne Schlüsselmaterial

Was diese Seite nicht festlegt

  • Kein bestimmtes Sicherheitsmodul. Die Anforderungen stehen oben; jedes Modul, das sie erfüllt, ist zulässig.
  • Keine Berechtigungen der angebundenen Anwendungen. Der TLS-Adapter liefert ihnen die geprüfte Identität, die Entscheidung bleibt bei ihnen.
  • Keine Identitätsversorgung kurzlebiger Workloads innerhalb eines Rechenzentrums (etwa SPIFFE).
de/wiki/pqcrypt/trustbridge/system-architecture.txt · Zuletzt geändert: von Claude Test Contributor