Public Key Pinning

Public Key Pinning Extension for HTTP （HTTP 公開鍵ピンニング拡張、HPKP）は、偽造された証明書による中間者攻撃を防ぐため、特定の公開鍵と特定の Web サーバを紐付ける（ピン留めする）ように Web クライアントへ依頼するセキュリティ機能です。

TLS セッションで用いられるサーバの公開鍵の真正性を担保するため、通常その公開鍵は認証局（CA）の証明書でラップされます。ブラウザなどの web クライアントがこれらの認証局を信頼することで、 認証局は任意のドメイン名に対する証明書を作成できます。もし攻撃者がたった1つの認証局だけでも危殆化させることが出来れば、様々な TLS コネクションで中間者攻撃を仕掛けることが可能になってしまいます。HPKP を利用すれば、どの公開鍵が特定の web サーバと対応するのかをクライアントが知ることが出来るので、先程のような HTTPS プロトコルへの脅威を回避できるようになります。

HPKP は Trust on First Use (TOFU) 技術の1つです。HPKP の HTTP ヘッダが web サーバからクライアントへ最初に送信されて以降、その web サーバに紐付く公開鍵はクライアントで一定期間記憶されます。クライアントが再びそのサーバを訪れた際は、既に HPKP で記憶したフィンガープリントと一致する公開鍵が、証明書チェインにおいて最低 1 つの証明書に含まれていることを確認します。そのサーバから送信されてきた公開鍵が不明なものだった場合、クライアントはユーザに警告を表示します。

HPKP を有効にする

自分の管理するサイトでこの機能を有効にするには、HTTPS でアクセスされた時に Public-Key-Pins HTTP ヘッダを返すだけで簡単に実現できます。以下に例を示します。

Public-Key-Pins: pin-sha256="base64=="; max-age=expireTime [; includeSubDomains][; report-uri="reportURI"]

pin-sha256

二重引用符で囲まれた文字列で、Base64 エンコードされた Subject Public Key Information (SPKI) のフィンガープリントです。異なる公開鍵に対する複数のピンを指定することが出来ます。 将来のブラウザでは SHA-256 以外のハッシュアルゴリズムが許容されるかもしれません。証明書や鍵ファイルからこの情報を抽出する方法は次の項で説明します。

max-age

このサイトへのアクセス時に必要となる（唯一ピン留めされた）鍵について、この鍵をブラウザが記憶するべき時間を指定します。この値は秒単位で表現します。

includeSubDomains Optional

このパラメータは省略可能です。サイトにおけるすべてのサブドメインにもこのルールが適用されます。

report-uri Optional

このパラメータは省略可能です。ピンの検証に失敗した際に、失敗した旨を報告する URL を指定します。

Base64 エンコードされた公開鍵情報を抽出するには

まずは証明書や鍵ファイルから公開鍵情報を抽出し、それを Base64 でエンコードする必要があります。

次に示す便利なコマンドで、鍵ファイルや証明書署名要求（CSR）、または証明書から Base64 エンコードされた情報を抽出できます。

openssl rsa -in my-key-file.key -outform der -pubout | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

openssl req -in my-signing-request.csr -pubkey -noout | openssl rsa -pubin -outform der | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

openssl x509 -in my-certificate.crt -pubkey -noout | openssl rsa -pubin -outform der | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

以下のコマンドを用いると、Web サイト向けに情報を抽出することができます。

openssl s_client -servername www.example.com -connect
 www.example.com:443 | openssl x509 -pubkey -noout | openssl rsa -pubin 
-outform der | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

HPKP ヘッダの例

Public-Key-Pins: pin-sha256="cUPcTAZWKaASuYWhhneDttWpY3oBAkE3h2+soZS7sWs="; pin-sha256="M8HztCzM3elUxkcjR2S5P4hhyBNf6lHkmjAHKhpGPWE="; max-age=5184000; includeSubDomains; report-uri="https://www.example.net/hpkp-report"

• pin-sha256="cUPcTAZWKaASuYWhhneDttWpY3oBAkE3h2+soZS7sWs="
  • 運用されているサーバの公開鍵をピン留めします。
• pin-sha256="M8HztCzM3elUxkcjR2S5P4hhyBNf6lHkmjAHKhpGPWE="
  • バックアップ用の鍵をピン留めします。
• max-age=5184000
  • この情報を2か月間記憶するようにクライアントに求めています。この2か月という期間は IETF RFC による妥当な値です。
• includeSubDomains
  • この鍵ピンニングはすべてのサブドメインで有効となります。
• report-uri="https://www.example.net/hpkp-report"
  • ピンの確認に失敗した際の報告先 URL が示されています。

Report-Only header

Public-Key-Pins ヘッダを用いる代わりに、Public-Key-Pins-Report-Only ヘッダを利用することも可能です。このヘッダを用いた場合、ピン留めの認証に失敗した場合でも指定した report-uri にレポートが送信されるのみで、 ブラウザが web サーバへ接続することは可能となります。

Public-Key-Pins-Report-Only: pin-sha256="cUPcTAZWKaASuYWhhneDttWpY3oBAkE3h2+soZS7sWs="; pin-sha256="M8HztCzM3elUxkcjR2S5P4hhyBNf6lHkmjAHKhpGPWE="; max-age=5184000; includeSubDomains; report-uri="https://www.example.net/hpkp-report"

HPKP ヘッダを Web サーバから送信できるように設定する

HPKP ヘッダを送信するのに必要な具体的な手順は Web サーバによって異なります。

Apache

次のような行を web サーバの config に追加すると Apache で HPKP が有効になります。mod_headers モジュールがインストールされている必要があります。

Header always set Public-Key-Pins "pin-sha256=\"base64+primary==\"; pin-sha256=\"base64+backup==\"; max-age=5184000; includeSubDomains"

Nginx

次のような行を追加し、適切な pin-sha256="..." の値を設定すると nginx で HPKP が有効になります。ngx_http_headers_module がインストールされている必要があります。

add_header Public-Key-Pins 'pin-sha256="base64+primary=="; pin-sha256="base64+backup=="; max-age=5184000; includeSubDomains' always;

Lighttpd

鍵に関する次のような情報（pin-sha256="..." フィールドなど）を含む行を追加すると、lighttpd で HPKP が有効になります。

setenv.add-response-header  = ( "Public-Key-Pins" => "pin-sha256=\"base64+primary==\"; pin-sha256=\"base64+backup==\"; max-age=5184000; includeSubDomains")

補足: 以下のように server.module で mod_setenv をあらかじめ読み込んでおく必要があります。

server.modules += ( "mod_setenv" )

IIS

IIS から Public-Key-Pins ヘッダを送信するには、以下のような数行を Web.config ファイルに追加してください。

<system.webServer>
  ...

  <httpProtocol>
    <customHeaders>
      <add name="Public-Key-Pins" value="pin-sha256=&quot;base64+primary==&quot;; pin-sha256=&quot;base64+backup==&quot;; max-age=5184000; includeSubDomains" />
    </customHeaders>
  </httpProtocol>

  ...
</system.webServer>

ブラウザ実装状況

^[1] Chrome 38 では手動でフラグを有効にする必要があります

仕様

• IETF RFC - Public Key Pinning Extension for HTTP

関連情報

• HTTP Strict Transport Security