1. PKI-Infrastruktur aufbauen

Szenarien: 6
FFI-Funktionen: ~45
Status: ⏳ Geplant

Diese Kategorie umfasst alle Szenarien zum Aufbau und zur Verwaltung einer Post-Quantum-fähigen Public Key Infrastructure (PKI). Von der Erstellung einer Root-CA über mehrstufige CA-Hierarchien bis hin zur Konfiguration von Revocation-Diensten (CRL/OCSP).

Szenarien

ID	Szenario	Beschreibung	Komplexität	Status
1.1	Root-CA erstellen	Selbstsignierte Root-CA mit ML-DSA-65	⭐⭐⭐⭐	⏳
1.2	Intermediate-CA erstellen	Untergeordnete CA von Root signiert	⭐⭐⭐	⏳
1.3	CA-Hierarchie aufbauen	Mehrstufige PKI-Struktur	⭐⭐⭐⭐	⏳
1.4	Trust Store konfigurieren	Vertrauenswürdige CAs verwalten	⭐⭐	⏳
1.5	Certificate Policy definieren	Ausstellungsrichtlinien festlegen	⭐⭐⭐	⏳
1.6	CRL/OCSP-Infrastruktur	Revocation-Dienste einrichten	⭐⭐⭐⭐	⏳

Architektur-Übersicht

flowchart TB subgraph ROOT["🔐 Root-CA (Szenario 1.1)"] R[("Root-CA
ML-DSA-65/87
20 Jahre")] end subgraph INTERMEDIATE["📜 Intermediate-CAs (Szenario 1.2)"] I1["Intermediate-CA
Server
10 Jahre"] I2["Intermediate-CA
Client
10 Jahre"] I3["Intermediate-CA
CodeSign
10 Jahre"] end subgraph ENDENTITY["🎫 End-Entity-Zertifikate"] E1["Server-Certs
TLS/HTTPS"] E2["Client-Certs
mTLS/Auth"] E3["CodeSign-Certs
Signierung"] end R -->|signiert| I1 R -->|signiert| I2 R -->|signiert| I3 I1 -->|ausstellt| E1 I2 -->|ausstellt| E2 I3 -->|ausstellt| E3 subgraph TRUST["🛡️ Trust Store (Szenario 1.4)"] T1["Root-CA Zertifikate"] T2["Cross-Zertifikate"] end subgraph REVOCATION["🚫 Revocation (Szenario 1.6)"] CRL["CRL Distribution Points"] OCSP["OCSP Responder"] end R -.->|publiziert| TRUST I1 & I2 & I3 -.->|veröffentlicht| CRL I1 & I2 & I3 -.->|antwortet| OCSP

Branchenspezifische Anforderungen

Je nach Branche gelten unterschiedliche Anforderungen an PKI-Lebensdauern und Compliance:

Branche	Root-CA Gültigkeit	Besonderheiten	Regulierung
Energie/SCADA	25 Jahre	WKA-Lebensdauer, Offline-CRL	NIS2¹⁾, KRITIS-VO
Healthcare	20 Jahre	gematik-OIDs, ePA-kompatibel	DSGVO Art. 32, DiGAV
Automotive	30 Jahre	V2X-PKI, Pseudonym-Zertifikate	UN R155²⁾, ISO 21434
Industrie 4.0	20 Jahre	OT/IT-Trennung, IEC 62443	NIS2, Maschinenverordnung
Standard IT	15 Jahre	Übliche Enterprise-PKI	BSI IT-Grundschutz

Schlüsseltypen für CAs

CA-Typ	Empfohlener Algorithmus	Gültigkeit	Begründung
Root-CA	ML-DSA-65 oder ML-DSA-87	15-25 Jahre	Höchste Sicherheit, selten verwendet
Intermediate-CA	ML-DSA-65	8-12 Jahre	Balance Sicherheit/Performance
OCSP-Responder	ML-DSA-44	1-3 Jahre	Häufige Signierung, Performance kritisch

Hybrid-Empfehlung: Für Übergangsphase können Hybrid-Schlüssel (ECDSA P-384 + ML-DSA-65) verwendet werden, um Kompatibilität mit klassischen Systemen zu gewährleisten.

Wichtige Extensions für CA-Zertifikate

Root-CA

Extension	Wert	Critical
Basic Constraints	CA=true, pathLen=1 oder 2	✅ Ja
Key Usage	keyCertSign, cRLSign	✅ Ja
Subject Key Identifier	SHA-256(publicKey)	❌ Nein

Intermediate-CA

Extension	Wert	Critical
Basic Constraints	CA=true, pathLen=0	✅ Ja
Key Usage	keyCertSign, cRLSign	✅ Ja
Subject Key Identifier	SHA-256(publicKey)	❌ Nein
Authority Key Identifier	SKI der Root-CA	❌ Nein
CRL Distribution Points	URL zur CRL	❌ Nein
Authority Info Access	OCSP URL, CA Issuers URL	❌ Nein
Certificate Policies	Policy OID	❌ Nein

Sicherheitshinweise

Kritische Anforderungen für CA-Betrieb:

Root-CA Private Key: Offline speichern (Air-Gapped HSM oder verschlüsselter USB-Stick im Tresor)
Intermediate-CA Private Key: HSM oder stark verschlüsselt mit Hardware-Token
Passwörter: Mindestens 20 Zeichen, hohe Entropie, sicher verwahrt
Audit-Logging: Alle CA-Operationen protokollieren
Backup: Verschlüsselte Backups an getrennten Standorten
Key Ceremony: Dokumentierter Prozess für Root-CA-Operationen

Niemals:

Root-CA Private Key auf vernetzten Systemen speichern
CA-Passwörter im Klartext in Skripten/Configs
CA-Zertifikate ohne pathLength-Beschränkung ausstellen
Selbstsignierte End-Entity-Zertifikate in Produktion verwenden

Typischer Workflow

flowchart TB subgraph P1["1️⃣ VORBEREITUNG"] V1["Air-Gapped System vorbereiten"] V2["Certificate Policy dokumentieren"] V3["DN-Struktur festlegen"] V4["Gültigkeitszeiträume planen"] end subgraph P2["2️⃣ ROOT-CA ERSTELLEN"] R1["ML-DSA-65/87 Schlüsselpaar"] R2["Selbstsigniertes Zertifikat"] R3["Private Key verschlüsseln"] R4["Root-Zertifikat exportieren"] end subgraph P3["3️⃣ INTERMEDIATE-CA"] I1["ML-DSA-65 Schlüsselpaar"] I2["CSR erstellen"] I3["Root signiert Zertifikat"] I4["Online deployen"] end subgraph P4["4️⃣ TRUST & REVOCATION"] T1["Trust Stores konfigurieren"] T2["CRL Distribution Points"] T3["OCSP-Responder"] T4["Erste CRL publizieren"] end subgraph P5["5️⃣ BETRIEB"] B1["Zertifikate ausstellen"] B2["CRLs aktualisieren"] B3["OCSP-Responses"] B4["Audit-Logs überwachen"] end P1 ==> P2 ==> P3 ==> P4 ==> P5 style P1 fill:#e3f2fd style P2 fill:#e8f5e9 style P3 fill:#fff8e1 style P4 fill:#fce4ec style P5 fill:#f3e5f5

Code-Schnellstart

Minimales Beispiel: Root-CA erstellen (C#)

using WvdS.Security.Cryptography.X509Certificates.Extensions.PQ;
 
using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();
 
// Root-CA mit ML-DSA-65
using var rootKey = ctx.GenerateKeyPair(PqAlgorithm.MlDsa65);
var rootDn = new DnBuilder().AddCN("My Root CA").AddO("My Org").AddC("DE").Build();
 
using var rootCert = ctx.CreateRootCertificate(rootKey, rootDn,
    validYears: 20,
    extensions: new ExtBuilder()
        .BasicConstraints(ca: true, pathLen: 1)
        .KeyUsage(KeyUsageFlags.KeyCertSign | KeyUsageFlags.CrlSign)
        .SubjectKeyIdentifier(rootKey)
        .Build()
);
 
// Speichern
File.WriteAllText("root-ca.crt.pem", rootCert.ToPem());
File.WriteAllText("root-ca.key.pem", rootKey.ToEncryptedPem("SecurePassword123!"));

→ Vollständiges Beispiel: Szenario 1.1

Kategorie	Beziehung
2. CSR	CSR-Erstellung für Intermediate-CAs
3. Zertifikate ausstellen	End-Entity-Zertifikate von CA signieren
5. Validierung	Zertifikate gegen Trust Store validieren
6. Widerruf	CRL/OCSP-Operationen
11. Schlüsselmanagement	CA-Schlüssel verwalten, rotieren, vernichten