因應PQC簽章帶來的憑證架構負擔,Cloudflare完成初步大規模MTC實測,已傳送數十億份憑證
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由於PQC簽章體積遠大於傳統簽章,恐將增加既有憑證架構負擔,今年2月底Google與Cloudflare合作展開默克樹憑證(Merkle Tree Certificates,MTC)可行性測試,期望透過新的憑證架構與驗證機制加以改善這項問題。如今半年多過去,Cloudflare於9月底公布實驗結果,指出測試期間已向50%的Chrome Beta 146使用者提供MTC,累計成功傳送數十億份憑證,進一步驗證MTC在實際Web環境中的可行性。
MTC之所以受到關注,關鍵在於後量子密碼學(PQC)導入Web公開金鑰基礎架構(Web PKI)後面臨的擴展問題。Cloudflare指出,典型TLS握手已包含多把公開金鑰與多個數位簽章,而PQC簽章大小約為傳統簽章的40倍;若直接沿用現有憑證鏈架構,將增加用戶端、憑證授權機構(CA)、憑證透明度日誌及監控系統的資料處理負擔。在憑證透明度(CT)方面,Cloudflare估算,PQC簽章可能使CT日誌所需儲存資料量也增加約40倍。
MTC的核心不是縮小憑證,而是改變簽發與驗證方式。它將大量憑證納入Merkle Tree,由CA簽署樹根(root of that tree),瀏覽器再以精簡的包含證明驗證憑證是否存在於受信任的樹中,同時整合憑證簽發與透明度機制。
MTC分為standalone與landmark-relative兩種形式。前者在TLS握手時仍需傳送簽署資訊與包含證明,可能需因此處理較大的PQC簽章;後者則可先透過瀏覽器更新等帶外機制取得已簽署的landmark與相關樹狀資訊,連線時只需驗證憑證是否位於受信任子樹中,進一步降低傳輸負擔。
這次Cloudflare與Chrome主要測試landmark-relative MTC,並將MTC提供給50%的Chrome Beta 146使用者,期間累計成功傳送數十億份MTC。一般情況下,TLS握手只需傳送一把公開金鑰、一個簽章,以及不到1KB的包含證明。
效能結果顯示,landmark MTC的中位數效能比傳統簽章憑證鏈快約9%,但Cloudflare指出,多數效能改善來自省略中繼憑證,而且此次測試仍使用傳統簽章,因此不能直接解讀為PQC憑證的效能快9%。Cloudflare預期,未來換成體積更大的後量子簽章後,效能優勢可能更明顯;這項實驗已於今年8月開始進入收尾階段。
Cloudflare指出,MTC距離正式大規模部署仍有多項問題待驗證,包括監控能力、生態系參與,以及瀏覽器如何兼顧效能與fallback需求。這次Chrome實驗雖證明MTC可在實際環境運作,但要擴展至完整Web PKI生態,仍需根憑證計畫(Root Program)、瀏覽器、CA、鏡像系統與監控系統等多方共同參與。