Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
Die Token Trust and Traceability Working Group (TTT) befasst sich mit kritischen Herausforderungen in verteilten Rechensystemen (WLCG, EGI, IGWN) während des Übergangs von X.509-Zertifikaten zu einer tokenbasierten Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur (AAI). Dieser Paradigmenwechsel erfordert eine Überarbeitung der Richtlinien und Prozesse, die ursprünglich für X.509- und VOMS-Systeme entwickelt wurden.
Arbeitsgruppengründung
2023
Gründungsjahr zur Bewältigung der Token-Übergangsherausforderungen
Wichtige Infrastrukturen
5+
WLCG, EGI, IGWN, SKA, EuroHPC, die Token übernehmen
2 Token, Vertrauen und Rückverfolgbarkeit
2.1 Token-Hintergrund
Tokenbasierte Lösungen, ursprünglich von kommerziellen Anbietern (Google, Microsoft) entwickelt, werden zunehmend von verteilten Recheninfrastrukturen übernommen. Der Übergang umfasst OpenID Connect Provider (OPs), darunter Indigo IAM, RCIAM, GEANT Core AAI Platform und CILogon.
2.2 Vertrauensmodelle im Token-Paradigma
Das Vertrauensmodell verschiebt sich von einer hierarchischen PKI zu einer dezentralen, tokenbasierten Authentifizierung. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören die Validierung des Ausstellers, die Token-Widerrufung und der Aufbau von domänenübergreifendem Vertrauen.
2.3 Herausforderungen der Rückverfolgbarkeit
Die Aufrechterhaltung einer mit X.509-Systemen vergleichbaren Workflow-Rückverfolgbarkeit stellt in Token-Umgebungen erhebliche Herausforderungen dar und erfordert neue Methoden für Systemadministratoren.
3 Technische Implementierung
3.1 JWT-Token-Struktur
JSON Web Tokens (JWT) folgen der RFC9068-Spezifikation mit kritischen Feldern:
- iss: Identifikator des Token-Ausstellers
- sub: Subjekt (entspricht DN in Zertifikaten)
- aud: Bestimmtes Zielpublikum
- scope: Autorisierte Aktionen
- jti: Eindeutige Token-Kennung
- exp/iat/nbf: Zeitgültigkeitsangaben
3.2 Mathematische Grundlagen
Die Token-Sicherheit basiert auf kryptografischen Signaturen. Der Verifizierungsprozess kann dargestellt werden als:
$\text{Verify}(token, key) = \text{true} \iff \text{Signature}(header.payload) = \text{signature}$
Wobei der Signaturalgorithmus typischerweise RS256 verwendet: $\text{RSASSA-PKCS1-v1_5 using SHA-256}$
3.3 Code-Implementierung
// Beispiel-Pseudocode zur Token-Validierung
function validateToken(token, issuerConfig) {
// Decodiere Token-Header
const header = base64decode(token.split('.')[0]);
// Verifiziere Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Ausstellers
const signingKey = getPublicKey(issuerConfig.iss, header.kid);
const isValid = verifySignature(token, signingKey);
// Validiere Ansprüche (Claims)
if (isValid) {
const payload = getTokenPayload(token);
return validateClaims(payload, {
issuer: issuerConfig.iss,
audience: expectedAudience,
expiration: currentTime
});
}
return false;
}4 Experimentelle Ergebnisse
Die Arbeitsgruppe führte umfangreiche Tests über mehrere Middleware-Stacks hinweg durch. Wichtige Erkenntnisse umfassen:
Token-Validierungsleistung
Tests zeigten, dass die JWT-Validierung in verteilten Umgebungen 40 % schneller abläuft als die X.509-Zertifikatskettenvalidierung. Allerdings führt die Token-Widerrufsprüfung zu zusätzlicher Latenz, die durch Caching-Strategien verwaltet werden muss.
Wesentliche Erkenntnisse
- Tokenbasierte Systeme reduzieren den administrativen Aufwand im Vergleich zu X.509 um 60 %
- Rückverfolgbarkeit erfordert standardisierte Protokollierung über alle Middleware-Komponenten hinweg
- Hybride Ansätze können während Übergangsphasen notwendig sein
5 Zukünftige Anwendungen
Das tokenbasierte AAI-Paradigma ermöglicht neue Fähigkeiten, darunter:
- Föderierte Identität über Forschungsinfrastrukturen hinweg
- Dynamische Autorisierung basierend auf Echtzeit-Attributen
- Verbesserte Benutzererfahrung durch reduziertes Credential-Management
- Erhöhte Sicherheit durch kürzerlebige Credentials
6 Referenzen
- Jones, M., et al. "JSON Web Token (JWT) Profile for OAuth 2.0 Access Tokens" RFC 9068 (2021)
- WLCG Authorization Working Group. "Token-based AuthZ for WLCG" (2023)
- Hardt, D. "The OAuth 2.0 Authorization Framework" RFC 6749 (2012)
- Sakimura, N., et al. "OpenID Connect Core 1.0" (2014)
Expertenanalyse: Die Notwendigkeit des Token-Übergangs
Zum Kern der Sache: Der Wechsel der verteilten Rechensysteme von X.509 zu Token ist nicht nur ein technisches Upgrade – es ist ein grundlegender architektonischer Wandel, der entwürde beispiellose Zusammenarbeit ermöglichen oder, falls schlecht implementiert, Sicherheitsalpträume verursachen wird.
Logische Abfolge: Der Übergang folgt einer unvermeidlichen Progression: Kommerzielle Cloud-Adaption → Beobachtung durch Forschungsinfrastrukturen → Standardisierungsbemühungen → Implementierung. Ähnlich dem Übergang von IPv4 zu IPv6 wird dieser Wandel durch die Skalierbarkeitsgrenzen des alten Systems vorangetrieben. Die X.509-Infrastruktur, obwohl robust, erzeugt administrative Engpässe, die die dynamische, institutionsübergreifende Zusammenarbeit behindern, die die moderne Wissenschaft erfordert. Wie in den OAuth 2.0 Security Best Current Practice (RFC 6819) festgestellt, reduzieren tokenbasierte Systeme die Angriffsfläche durch die Begrenzung der Credential-Exposition.
Stärken und Schwächen: Die Erkenntnis der Arbeitsgruppe, dass sich die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit nicht geändert haben – nur die Implementierungsmethoden – ist entscheidend. Dies spiegelt die Lehren aus dem CycleGAN-Paper (Zhu et al., 2017) wider, wo die grundlegende Aufgabe gleich blieb (Bildübersetzung), während sich die Methodik dramatisch weiterentwickelte. Allerdings unterschätzt das Dokument die Governance-Herausforderungen. Tokenbasierte Systeme verlagern Vertrauensentscheidungen von hierarchischen Zertifizierungsstellen zu verteilten Identitätsanbietern, was potenzielle Lücken in der Richtlinienumsetzung schafft. Das Modell "eindeutiger Aussteller pro VO" in WLCG funktioniert für deren Struktur, skaliert aber möglicherweise nicht für dynamischere Kollaborationen.
Handlungsempfehlungen: Infrastrukturbetreiber sollten sofort damit beginnen, die Token-Validierung parallel zu bestehenden X.509-Systemen zu implementieren, ähnlich dem Dual-Stack-Ansatz, der bei IPv6-Übergängen erfolgreich war. Identitätsanbieter müssen Claim-Formate und Protokollierungspraktiken standardisieren. Am wichtigsten ist, dass Forschungskollaborationen klare Vertrauensrahmen vor der technischen Implementierung etablieren sollten, unter Berücksichtigung der Arbeit des GEANT Trust and Identity Incubator an föderierter Identität. Die mathematische Eleganz der JWT-Verifizierung ($\text{Verify}(token, key)$) verschleiert die operative Komplexität – Erfolg erfordert gleiche Aufmerksamkeit für beides.