DANE DNS 基礎憑證驗證

DANE 概述

DANE（DNS-Based Authentication of Named Entities）是一種利用 DNS 基礎設施來驗證 TLS 憑證的安全協定。它透過 DNSSEC 簽署的 DNS 記錄來發布憑證資訊，讓用戶端可以直接從 DNS 查詢中驗證伺服器的憑證是否正確。

DANE 的主要優勢包括：

減少對 CA 的依賴：網域擁有者可以自行指定信任的憑證
防止中間人攻擊：透過 DNSSEC 確保 DNS 記錄的完整性
降低憑證濫發風險：即使 CA 被入侵，攻擊者也無法輕易偽造憑證

DANE 與傳統 PKI 比較

項目	傳統 PKI	DANE
信任模型	信任所有 CA	只信任網域指定的憑證
憑證驗證	CA 簽章驗證	DNS 記錄驗證
安全基礎	CA 的可信度	DNSSEC 簽章
憑證撤銷	CRL/OCSP	更新 DNS 記錄
部署複雜度	較低	需要 DNSSEC

傳統 PKI 模型中，任何一個被信任的 CA 都可以為任何網域簽發憑證，這造成了安全隱患。DANE 透過將憑證資訊綁定到 DNS 記錄，讓網域擁有者能夠明確指定哪些憑證是合法的。

TLSA 記錄格式

DANE 使用 TLSA（Transport Layer Security Authentication）資源記錄來發布憑證資訊。TLSA 記錄的格式如下：

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_port._protocol.hostname. IN TLSA usage selector matching-type certificate-data

各欄位說明：

_port：服務的連接埠號碼（如 _443 代表 HTTPS）
_protocol：傳輸協定（如 _tcp 或 _udp）
hostname：主機名稱
usage：憑證使用模式（0-3）
selector：選擇器（0-1）
matching-type：匹配類型（0-2）
certificate-data：憑證資料或雜湊值

憑證使用模式

DANE 定義了四種憑證使用模式（Certificate Usage）：

模式 0：PKIX-TA（CA Constraint）

限制憑證必須由指定的 CA 簽發，並且必須通過 PKIX 驗證。

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# 使用模式 0 的 TLSA 記錄範例
_443._tcp.example.com. IN TLSA 0 0 1 abc123...

模式 1：PKIX-EE（Service Certificate Constraint）

指定伺服器必須使用特定的憑證，並且必須通過 PKIX 驗證。

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# 使用模式 1 的 TLSA 記錄範例
_443._tcp.example.com. IN TLSA 1 0 1 def456...

模式 2：DANE-TA（Trust Anchor Assertion）

指定信任錨點，不需要 PKIX 驗證。適合使用自簽憑證的情境。

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# 使用模式 2 的 TLSA 記錄範例
_443._tcp.example.com. IN TLSA 2 0 1 ghi789...

模式 3：DANE-EE（Domain Issued Certificate）

直接指定伺服器憑證，不需要 PKIX 驗證。這是最常用的模式。

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# 使用模式 3 的 TLSA 記錄範例
_443._tcp.example.com. IN TLSA 3 0 1 jkl012...

選擇器與匹配類型

選擇器（Selector）

值	名稱	說明
0	Cert	使用完整憑證
1	SPKI	只使用 Subject Public Key Info

建議使用選擇器 1（SPKI），因為在憑證更新時，只要公鑰不變，就不需要更新 TLSA 記錄。

匹配類型（Matching Type）

值	名稱	說明
0	Full	完整資料
1	SHA-256	SHA-256 雜湊
2	SHA-512	SHA-512 雜湊

建議使用匹配類型 1（SHA-256），在安全性和資料大小之間取得平衡。

產生 TLSA 記錄

以下是使用 OpenSSL 產生 TLSA 記錄的方法：

方法一：從憑證檔案產生

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# 產生完整憑證的 SHA-256 雜湊（選擇器 0，匹配類型 1）
openssl x509 -in certificate.crt -outform DER | \
    openssl dgst -sha256 -binary | \
    xxd -p -c 256

# 產生 SPKI 的 SHA-256 雜湊（選擇器 1，匹配類型 1）
openssl x509 -in certificate.crt -noout -pubkey | \
    openssl pkey -pubin -outform DER | \
    openssl dgst -sha256 -binary | \
    xxd -p -c 256

方法二：從伺服器直接取得

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# 從運行中的伺服器取得憑證並產生 TLSA 記錄
echo | openssl s_client -connect example.com:443 2>/dev/null | \
    openssl x509 -outform DER | \
    openssl dgst -sha256 -binary | \
    xxd -p -c 256

方法三：使用專用工具

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# 安裝 hash-slinger 套件（包含 tlsa 工具）
sudo apt install hash-slinger

# 產生 TLSA 記錄
tlsa --create --certificate certificate.crt --selector 1 --mtype 1 example.com

DNS 設定範例

以下是在不同 DNS 服務中設定 TLSA 記錄的範例：

BIND DNS 設定

在 zone 檔案中加入以下記錄：

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; TLSA record for HTTPS (port 443)
_443._tcp.www    IN    TLSA    3 1 1 (
    a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4
    e5f6a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6a1b2
)

; TLSA record for SMTP (port 25)
_25._tcp.mail    IN    TLSA    3 1 1 (
    f6e5d4c3b2a1f6e5d4c3b2a1f6e5d4c3
    b2a1f6e5d4c3b2a1f6e5d4c3b2a1f6e5
)

Cloudflare DNS 設定

在 Cloudflare 控制台中：

進入 DNS 管理頁面
點擊「新增記錄」
類型選擇「TLSA」
填入相關資訊：
- 名稱：_443._tcp.www
- 使用模式：3
- 選擇器：1
- 匹配類型：1
- 憑證資料：（貼上雜湊值）

使用 nsupdate 動態更新

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# 建立 nsupdate 指令檔
cat << 'EOF' > update-tlsa.txt
server ns1.example.com
zone example.com
update delete _443._tcp.www.example.com. TLSA
update add _443._tcp.www.example.com. 3600 TLSA 3 1 1 a1b2c3d4...
send
EOF

# 執行更新
nsupdate -k /path/to/dns-key.private update-tlsa.txt

驗證 DANE 設定

使用 dig 查詢 TLSA 記錄

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# 查詢 TLSA 記錄
dig +short TLSA _443._tcp.www.example.com

# 查詢完整資訊
dig +dnssec TLSA _443._tcp.www.example.com

使用 openssl 驗證

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# 驗證憑證與 TLSA 記錄是否匹配
openssl s_client -connect www.example.com:443 -dane_tlsa_domain www.example.com

使用線上工具驗證

以下是一些實用的線上驗證工具：

DANE SMTP Validator：https://dane.sys4.de/
Internet.nl：https://internet.nl/
SSL Labs：https://www.ssllabs.com/ssltest/

使用 danetool 驗證

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# 安裝 gnutls-bin 套件
sudo apt install gnutls-bin

# 驗證 DANE 設定
danetool --check www.example.com --port 443

部署注意事項

前置條件

啟用 DNSSEC：DANE 依賴 DNSSEC 來確保 DNS 記錄的完整性，沒有 DNSSEC 的 DANE 記錄將被忽略
確認 DNS 解析器支援：確保用戶端使用的 DNS 解析器支援 DNSSEC 驗證

憑證更新流程

更新憑證時，請遵循以下步驟以避免服務中斷：

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# 1. 產生新憑證的 TLSA 記錄
NEW_HASH=$(openssl x509 -in new-cert.crt -noout -pubkey | \
    openssl pkey -pubin -outform DER | \
    openssl dgst -sha256 -binary | xxd -p -c 256)

# 2. 先新增新的 TLSA 記錄（保留舊記錄）
# 等待 DNS TTL 過期

# 3. 更換伺服器憑證

# 4. 確認服務正常後，移除舊的 TLSA 記錄

常見問題排解

問題	可能原因	解決方案
TLSA 查詢無結果	DNS 未正確設定	檢查 DNS 記錄語法
驗證失敗	雜湊值不匹配	重新產生 TLSA 記錄
DNSSEC 驗證失敗	簽章過期或無效	重新簽署 DNS zone
憑證不匹配	使用錯誤的選擇器	確認選擇器設定

安全建議

使用 DANE-EE（模式 3）配合選擇器 1：這是最推薦的組合
設定適當的 TTL：建議 3600 秒（1 小時）
監控 TLSA 記錄：定期檢查記錄是否正確
憑證更新前預先部署：新增新 TLSA 記錄後等待 TTL 過期再更換憑證