PEM-Dateien

Einführung

Beim Arbeiten mit Kryptographie, Zertifikaten und Schlüsseln stoßen Sie häufig auf das PEM-Datei-Format. PEM steht für Privacy Enhanced Mail und ist eine weit verbreitete Methode zur Speicherung und zum Austausch kryptographischer Schlüssel, Zertifikate und anderer sensibler Daten. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen von PEM-Dateien beleuchten, ihren Aufbau, ihre Verwendung und ihre Beziehung zur sicheren Kommunikation untersuchen.

Was ist eine PEM-Datei?

PEM-Dateien sind textbasierte Dateien, die einem spezifischen Format zur Speicherung kryptographischer Daten folgen. Sie enthalten base64-codierte Daten, die zwischen Klartext-Kopf- und Fußzeilen eingeschlossen sind. Die Kopf- und Fußzeilen geben den Typ der gespeicherten Daten an, wie etwa einen privaten Schlüssel, einen öffentlichen Schlüssel, ein Zertifikat oder einen Zertifikatsantrag.

Hier ein Beispiel für einen im PEM-Format formatierten RSA-Privatschlüssel:

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
MIIEogIBAAKCAQEAqhAx9UqRW/rP/3uw5UDHENVOzlq2ljPbe0TqA8+KKS7dABYJ
...
K5xGP+LPgzCc7Dkp2+jE8SJOuTrFLRWhlkBvZKRwfQ==
-----END RSA PRIVATE KEY-----

Die base64-codierten Daten sind zwischen den Markierungen —–BEGIN RSA PRIVATE KEY—– und —–END RSA PRIVATE KEY—– eingeklammt, wodurch der Inhalt eindeutig als RSA-Privatschlüssel identifiziert wird.

Das PEM-Format

Das PEM-Format wurde so konzipiert, dass es für Menschen lesbar und einfach übertragbar ist. Es verwendet base64-Codierung, um Binärdaten in einem textbasierten Format darzustellen. Die base64-Codierung wandelt Binärdaten in einen begrenzten Satz von ASCII-Zeichen um, was es für die Übertragung über textbasierte Protokolle wie E-Mail geeignet macht.

PEM-Dateien können verschiedene Arten kryptographischer Daten speichern, darunter:

• Private Schlüssel (RSA, DSA, EC)
• Öffentliche Schlüssel
• Zertifikate (X.509)
• Zertifikatsanfragen (CSRs)
• Zertifikatswiderrufslisten (CRLs)

Jeder Datentyp hat seine eigenen spezifischen Kopf- und Fußzeilen-Markierungen. Zum Beispiel:

• Privater Schlüssel: —–BEGIN PRIVATE KEY—– und —–END PRIVATE KEY—–
• Öffentlicher Schlüssel: —–BEGIN PUBLIC KEY—– und —–END PUBLIC KEY—–
• Zertifikat: —–BEGIN CERTIFICATE—– und —–END CERTIFICATE—–

Durch die Verwendung dieser eindeutigen Markierungen wird es mit PEM-Dateien einfach, die relevanten Daten zu identifizieren und zu extrahieren.

PEM-Zertifikate

Ein häufiger Anwendungsfall für eine PEM-Datei ist die Speicherung von X.509-Zertifikaten. Ein X.509-Zertifikat ist ein digitales Dokument, das einen öffentlichen Schlüssel mit einer Identität verbindet, wie etwa einem Domainnamen oder einer Organisation. Zertifikate werden von vertrauenswürdigen Zertifizierungsstellen (CAs) ausgestellt und werden verwendet, um sichere Verbindungen über das Internet mit Protokollen wie SSL/TLS herzustellen.

Hier ein Beispiel für ein im PEM-Format formatiertes X.509-Zertifikat:

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIFSzCCBDOgAwIBAgIQV5Kwra1VwjZdYbSqBlp1DDANBgkqhkiG9w0BAQsFADBG
...
Rti0xS/YCrQMsDJD2A8FnhyofiZdkZovFDG4NmSWxRU4AXrWTg==
-----END CERTIFICATE-----

Das Zertifikat enthält Informationen wie den Aussteller, den Betreff, den Gültigkeitszeitraum und den mit dem Zertifikat verbundenen öffentlichen Schlüssel. Wenn sich ein Client über SSL/TLS mit einem Server verbindet, präsentiert der Server sein Zertifikat zur Überprüfung. Der Client prüft die Gültigkeit und Authentizität des Zertifikats, bevor eine sichere Verbindung hergestellt wird.

Arbeiten mit PEM-Dateien

Beim Arbeiten mit kryptographischen Operationen müssen Sie häufig PEM-Dateien lesen, schreiben und bearbeiten. Die meisten Programmiersprachen und Bibliotheken bieten Unterstützung für den Umgang mit im PEM-Format vorliegenden Daten. Zum Beispiel können Sie in Python die Bibliothek “cryptography” verwenden, um eine PEM-Datei zu laden und zu parsen:

from cryptography import x509
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
with open("certificate.pem", "rb") as cert_file:
    cert_data = cert_file.read()
    cert = x509.load_pem_x509_certificate(cert_data, default_backend())

print(cert.subject)

Dieses Codebeispiel liest ein im PEM-Format vorliegendes Zertifikat aus einer Datei, parst es mit dem x509-Modul der Bibliothek “cryptography” und gibt die Betreffinformationen aus.

Ebenso können Sie in anderen Programmiersprachen die entsprechenden Bibliotheken und Funktionen verwenden, um mit PEM zu arbeiten, wie zum Beispiel OpenSSL in C/C++, java.security in Java oder crypto in Node.js.

PEM-Dateien in moderner Cloud-Infrastruktur

PEM-Dateien sind in der heutigen Cloud-Infrastruktur unverzichtbar. Cloud-Plattformen verwenden sie für den SSH-Zugang und das Zertifikatsmanagement. Sie ermöglichen sichere Logins bei AWS, Azure und Google Cloud-Diensten. Kubernetes ist auf PEM-Zertifikate für die Clustersicherheit angewiesen. Zertifikatsdienste wie Let’s Encrypt erleichtern das PEM-Management, indem sie die Generierung und Erneuerung automatisieren. Infrastructure as Code-Tools wie Terraform und Ansible verlassen sich ebenfalls auf eine ordnungsgemäße Handhabung von PEM-Dateien. Da Zero-Trust-Modelle zunehmend zur Norm werden, sind sichere Zertifikats-Workflows, die auf PEM basieren, kritisch für die Systemintegrität.

Fazit

PEM-Dateien sind ein grundlegender Bestandteil der Kryptographie und sicheren Kommunikation. Sie bieten ein standardisiertes Format zur Speicherung und zum Austausch kryptographischer Schlüssel, Zertifikate und zugehöriger Daten. Das Verständnis darüber, wie eine PEM-Datei strukturiert ist und verwendet wird, ist für jeden, der mit SSL/TLS, Public Key Infrastructure (PKI) oder sicheren APIs arbeitet, unerlässlich.

Durch die Einhaltung des PEM-Formats und die Verwendung von vertrauenswürdigen Bibliotheken und Tools können Sie Zertifikate und Schlüssel in Ihren Anwendungen effektiv verwalten. Egal, ob Sie Verschlüsselungsprotokolle implementieren, die Serversicherheit einrichten oder Cloud-Infrastrukturen automatisieren – der Umgang mit PEM-Dateien ist eine wertvolle Fähigkeit.

Denken Sie stets daran, private Schlüssel sorgfältig zu behandeln, Zertifikatsquellen zu validieren und Zugangsdaten regelmäßig zu rotieren, um Vertrauen zu bewahren und sensible Daten zu schützen.