Giới thiệu

Trong thời đại công nghệ hiện đại, việc xây dựng một hệ thống an toàn với nhiều thành phần là vô cùng quan trọng. Bạn có thể đang phát triển một hệ thống với:

• Một API gateway ở phía trước.
• Nhiều microservices xử lý xác thực, thanh toán, thông báo và phân tích.
• Một cụm Kubernetes quản lý các triển khai.
• Một nhóm lập trình viên, pipelines CI/CD và các môi trường staging.

Tất cả đều hoạt động tốt cho đến khi bạn nhận ra:

• Làm thế nào để đảm bảo chỉ các dịch vụ của tôi có thể giao tiếp với nhau một cách an toàn?
• Làm thế nào để quay vòng thông tin xác thực giữa các dịch vụ mà không cần cập nhật cấu hình thủ công?
• Làm thế nào để ngăn một dịch vụ bị xâm phạm giả mạo dịch vụ khác?

Các token trong file môi trường có thể bị rò rỉ. Các API key chia sẻ là rất dễ bị hỏng. Các bí mật tĩnh không thể mở rộng. Điều bạn thực sự cần là một hệ thống niềm tin để xác thực danh tính của mỗi dịch vụ và bảo vệ mọi kết nối. Đây là lúc Cơ Quan Chứng Nhận (CA) và đặc biệt là CA Tư Nhân xuất hiện. Hãy cùng tìm hiểu CA là gì và quan trọng hơn, cách bạn có thể xây dựng một CA Tư Nhân với một trong những công cụ phát triển tuyệt vời nhất hiện nay.

Các Cơ Quan Chứng Nhận (CA) Là Gì?

Một Cơ Quan Chứng Nhận (CA) là một tổ chức đáng tin cậy đóng vai trò quan trọng trong bảo mật kỹ thuật số. Nhiệm vụ chính của nó là đảm bảo rằng khi bạn kết nối với một trang web, dịch vụ hay hệ thống, bạn đang thực sự giao tiếp với đúng địa chỉ chứ không phải một kẻ mạo danh.

Dưới đây là những gì một CA thực sự làm:

1. Xác minh danh tính

• Trước khi cấp chứng chỉ, CA kiểm tra danh tính của bạn.
• Ví dụ, nếu một công ty xin cấp chứng chỉ cho api.mybank.com, CA xác nhận rằng công ty này thực sự sở hữu miền đó.
• Ở các mức độ xác minh cao hơn, CA có thể kiểm tra đăng ký kinh doanh, địa chỉ hoặc tài liệu pháp lý.

2. Cấp chứng chỉ số

• Sau khi xác minh, CA cấp cho bạn một chứng chỉ số.
• Chứng chỉ này chứa khóa công khai của bạn cùng với các thông tin danh tính (như tên miền hoặc thông tin công ty).
• Nó được ký bằng mã hóa bởi CA, điều này khiến nó trở nên đáng tin cậy.

3. Duy trì niềm tin liên tục

• CA không chỉ cấp chứng chỉ và sau đó biến mất.
• Nó còn quản lý chúng:
  • Ký chứng chỉ để người khác có thể xác minh tính xác thực.
  • Thu hồi chứng chỉ nếu chúng bị xâm phạm, hết hạn hoặc bị lạm dụng.
  • Công bố danh sách thu hồi hoặc kiểm tra trạng thái trực tuyến để trình duyệt và hệ thống biết chứng chỉ nào đáng tin cậy.

Các Loại Cơ Quan Chứng Nhận

Bây giờ bạn đã biết CA là gì, hãy cùng nói về các loại CA mà bạn sẽ gặp phải với tư cách là một lập trình viên.

1. CA Công Cộng

• Đây là những tên tuổi lớn như Let’s Encrypt, DigiCert và GlobalSign.
• Các chứng chỉ gốc của họ được tích hợp vào các trình duyệt, hệ điều hành và thiết bị.
• Đó là lý do khi bạn mở https://google.com, trình duyệt của bạn ngay lập tức tin tưởng.
• Hoàn hảo cho các trang web và API công khai.

2. CA Tư Nhân

• Đây là các CA bạn (hoặc công ty của bạn) điều hành nội bộ.
• Chứng chỉ của họ không được thế giới công nhận, chỉ được tin tưởng bởi các hệ thống nơi bạn cài đặt chứng chỉ gốc của CA.
• Hoàn hảo cho microservices, cụm Kubernetes, môi trường staging và pipelines DevOps.

3. CA Gốc vs CA Trung Gian

• CA Gốc: Là điểm tin cậy tối thượng. Nó giống như văn phòng hộ chiếu trung ương của chính phủ. Hiếm khi được sử dụng trực tiếp, thường được giữ ngoại tuyến để đảm bảo an toàn.
• CA Trung Gian: Hãy nghĩ về nó như một văn phòng hộ chiếu khu vực thực hiện công việc hàng ngày. Nó được ký bởi CA gốc và cấp chứng chỉ cho các dịch vụ, máy chủ và lập trình viên.
• Tại sao? Việc tách biệt này giữ cho gốc an toàn trong khi vẫn cho phép bạn cấp chứng chỉ một cách linh hoạt.

Tại Sao CA Tư Nhân Tồn Tại Nếu Chúng Ta Đã Có CA Công Cộng?

CA Công Cộng như Let’s Encrypt hay DigiCert hoàn hảo khi bạn cần niềm tin toàn cầu, chẳng hạn như bảo mật https://myapp.com để bất kỳ trình duyệt nào trên thế giới đều biết rằng nó an toàn.

Nhưng bên trong tổ chức của bạn, bạn thường không cần (hoặc thậm chí không muốn) niềm tin toàn cầu đó.

• Các dịch vụ của bạn giao tiếp với nhau bằng các tên miền nội bộ (ví dụ, payments.svc.cluster.local), mà CA công cộng sẽ không cấp chứng chỉ cho.
• Bạn có thể cần hàng trăm chứng chỉ cho microservices, cụm và pipeline, và việc trả tiền cho một CA công cộng cho mỗi cái sẽ rất tốn kém và không cần thiết.
• Bạn muốn hoàn toàn kiểm soát các chính sách chứng chỉ, thời gian sống và thu hồi, và không phụ thuộc vào một công ty bên ngoài.
• Các đội bảo mật thường theo mô hình không tin cậy, nơi mỗi yêu cầu nội bộ phải được xác thực, điều này dễ dàng hơn với CA của riêng bạn.

Cả hai đều có vai trò của chúng, nhưng chỉ có CA Tư Nhân mới có thể cung cấp niềm tin có thể mở rộng, linh hoạt và tiết kiệm chi phí cho các hệ thống nội bộ.

CA Tư Nhân Trông Như Thế Nào Trong Thực Tế

CA Tư Nhân đơn giản là một Cơ Quan Chứng Nhận mà bạn kiểm soát, nhưng cách nó được cấu trúc là rất có ý nghĩa. Dưới đây là phân tích:

CA Gốc

• Chứng chỉ gốc là điểm tin cậy tối thượng của bạn.
• Nó được tạo ra một lần và được giữ cực kỳ an toàn, thường là ngoại tuyến hoặc trong một module bảo mật phần cứng (HSM).
• Bạn không sử dụng nó cho công việc hàng ngày; nhiệm vụ chính của nó là ký các CA trung gian.

CA Trung Gian

• CA trung gian xử lý việc cấp chứng chỉ hàng ngày.
• Nó được ký bởi CA gốc, vì vậy bất kỳ thứ gì nó cấp đều được tin cậy.
• Bằng cách này, ngay cả khi CA trung gian của bạn bị xâm phạm, gốc vẫn được an toàn.

Phân Phối Niềm Tin

• Cuối cùng, bạn cài đặt CA gốc của mình trên mỗi máy chủ, cụm và máy tính lập trình viên mà nên tin tưởng nó.
• Khi điều đó hoàn tất, bất kỳ thứ gì được ký bởi CA trung gian của bạn sẽ tự động được tin tưởng ở mọi nơi trong tổ chức của bạn.

Nói cách khác: một điểm tin cậy, nhiều danh tính.

Thiết Lập CA Tư Nhân

Giả sử bạn muốn thử điều này trên máy tính cục bộ của mình. Dưới đây là một bản demo đơn giản sử dụng OpenSSL:

OpenSSL là một bộ công cụ phần mềm miễn phí giúp bảo mật internet. Nó là thứ làm cho HTTPS hoạt động bằng cách mã hóa dữ liệu và quản lý chứng chỉ để thông tin vẫn riêng tư và đáng tin cậy.

Các bước thực hiện:

# Bước 1: Tạo khóa gốc
openssl genrsa -out rootCA.key 4096

# Bước 2: Tạo chứng chỉ gốc
openssl req -x509 -new -nodes -key rootCA.key -sha256 -days 3650 -out rootCA.pem

# Bước 3: Tạo khóa trung gian
openssl genrsa -out intermediate.key 4096

# Bước 4: Tạo yêu cầu ký chứng chỉ (CSR) cho trung gian
openssl req -new -key intermediate.key -out intermediate.csr

# Bước 5: Ký trung gian bằng CA gốc
openssl x509 -req -in intermediate.csr -CA rootCA.pem -CAkey rootCA.key \
  -CAcreateserial -out intermediate.pem -days 1825 -sha256

Cuối cùng bạn sẽ có:

• rootCA.pem → điểm tin cậy của bạn.
• intermediate.pem → CA đang hoạt động của bạn để cấp chứng chỉ.

Từ đây, bạn có thể bắt đầu cấp chứng chỉ cho các dịch vụ nội bộ của mình.

Thiết lập thủ công này hoạt động cho thử nghiệm, nhưng trong các hệ thống thực tế, nó nhanh chóng trở nên không thể quản lý. Dưới đây là lý do:

• Gia hạn chứng chỉ → Nếu bạn quên gia hạn, các dịch vụ của bạn sẽ bị hỏng ngay khi chứng chỉ hết hạn.
• Thu hồi → Nếu khóa của một dịch vụ bị rò rỉ, bạn cần một cách nhanh chóng để thu hồi chứng chỉ của nó.
• Mở rộng → Với hàng chục microservices, bạn sẽ cần hàng trăm chứng chỉ đang quay vòng mọi lúc.

Đây là lý do tại sao các công ty hiếm khi quản lý CA Tư Nhân của họ bằng tay. Thay vào đó, họ sử dụng các công cụ để tự động hóa mọi thứ. Đây là lúc Infisical xuất hiện. Bạn có thể đã biết Infisical như một nền tảng quản lý bí mật, nhưng nó cũng hoạt động rất tốt cho việc quản lý PKI nội bộ.

Với Infisical, bạn có thể xây dựng một PKI nội bộ: tùy chọn tạo hoặc nhập một CA gốc, xâu chuỗi một hoặc nhiều CA trung gian và thi hành các chính sách chứng nhận thông qua các mẫu. Bạn có thể tự động cấp chứng chỉ cho Kubernetes thông qua Infisical PKI Issuer + cert-manager, và đồng bộ chứng chỉ ra các hệ thống bên ngoài bằng cách sử dụng Certificate Syncs. Mô hình này khuyến khích giữ CA gốc an toàn (ví dụ: ngoại tuyến hoặc bên ngoài), thi hành thời gian sống ngắn và sử dụng RBAC và kiểm soát danh tính, cung cấp cho bạn công cụ cho danh tính dịch vụ và quay vòng thông tin xác thực an toàn hơn tự động (miễn là bạn cấu hình đúng).

Thực Hành Tốt Nhất Khi Vận Hành CA Tư Nhân

Khi bạn vượt ra ngoài việc thử nghiệm và thực sự vận hành một CA Tư Nhân trong sản xuất, một số thực hành tốt nhất có thể giúp ích rất nhiều:

1. Giữ CA gốc ngoại tuyến: Tạo khóa gốc một lần, lưu trữ an toàn (HSM hoặc lưu trữ mã hóa ngoại tuyến) và không bao giờ sử dụng nó cho ký hàng ngày.

2. Sử dụng CA trung gian cho các hoạt động hàng ngày: Luôn cấp chứng chỉ cho dịch vụ và máy chủ từ các CA trung gian. Nếu bị xâm phạm, bạn có thể thu hồi và thay thế trung gian mà không chạm vào gốc.

3. Quay vòng chứng chỉ thường xuyên: Ưu tiên chứng chỉ có thời hạn ngắn (ngày hoặc tuần, không phải năm). Gia hạn tự động ngăn chặn sự cố do chứng chỉ hết hạn.

4. Thi hành các chính sách cấp chứng chỉ nghiêm ngặt: Xác định những miền/tên miền nào được phép (CN, SANs). Hạn chế mục đích sử dụng khóa (serverAuth, clientAuth) để chứng chỉ không thể bị lạm dụng.

5. Lập kế hoạch cho việc thu hồi: Công bố Danh sách Thu hồi Chứng chỉ (CRL) hoặc sử dụng OCSP để chứng chỉ bị xâm phạm có thể bị vô hiệu hóa nhanh chóng.

6. Giám sát và cảnh báo: Luôn có giám sát để cảnh báo bạn khi chứng chỉ gần hết hạn. Không có gì làm hỏng sản xuất nhanh hơn một chứng chỉ hết hạn.

7. Sử dụng RBAC và ghi nhật ký: Kiểm soát ai có thể cấp/thu hồi chứng chỉ. Giữ một nhật ký kiểm toán cho mọi hành động được thực hiện trong PKI của bạn.

Kết Luận

Các Cơ Quan Chứng Nhận tạo thành nền tảng niềm tin của internet, nhưng các CA Tư Nhân mang lại cho các tổ chức sự linh hoạt để bảo mật các hệ thống của riêng họ. Bằng cách làm theo các thực hành tốt nhất và thử nghiệm với các dự án thực tiễn nhỏ, các lập trình viên có thể hiểu rõ cách thức hoạt động của PKI. Khi bạn thấy chứng chỉ hoạt động, từ việc cấp phát đến niềm tin và thu hồi, bạn sẽ nhận ra rằng việc xây dựng một nền tảng an toàn không chỉ dành cho các công ty lớn. Đó là một kỹ năng thiết yếu cho bất kỳ ai thiết kế hệ thống phân tán hiện đại.