1.1.1.1 prüft DNS jetzt mit Post-Quanten-Kryptografie

Cloudflare hat für seinen öffentlichen Resolver 1.1.1.1 die Validierung von DNSSEC-Signaturen nach ML-DSA-44 aktiviert. Der vom NIST standardisierte Post-Quanten-Signaturalgorithmus soll DNS-Antworten künftig auch dann noch gegen Fälschungen absichern, wenn leistungsfähige Quantencomputer klassische Verfahren wie RSA oder ECDSA brechen könnten. Für Nutzer von 1.1.1.1 greift die Prüfung automatisch, wenn eine Zone die nötigen DNSSEC-Records einschließlich eines in der übergeordneten Zone veröffentlichten DS-Records für ML-DSA-44 bereitstellt.

Cloudflare will seine Infrastruktur bis 2029 vollständig auf Post-Quanten-Kryptografie umstellen. Bislang lag der Schwerpunkt auf dem TLS-Schlüsselaustausch und damit auf dem Schutz vertraulicher Daten gegen „Harvest now, decrypt later“. Mit DNSSEC folgt nun die Authentifizierung im Domain Name System: Sie soll verhindern, dass Angreifer DNS-Antworten fälschen und Nutzer etwa auf fremde IP-Adressen umleiten.

Große Signaturen erzwingen TCP-Fallback

Die Umstellung ist vor allem ein Transportproblem. Eine ML-DSA-44-Signatur ist 2420 Byte groß. Zum Vergleich: Eine ECDSA-Signatur mit P-256 belegt nur 64 Byte. Damit überschreitet die Signatur allein bereits die bei DNS über UDP üblichen Antwortgrößen – noch bevor DNS-Header, Domainnamen, DNSKEY- und weitere DNSSEC-Records hinzukommen.

Autoritative Nameserver sollen solche Antworten deshalb nicht als fragmentierte UDP-Pakete ausliefern. Stattdessen kürzen sie die UDP-Antwort ab; der Resolver wiederholt die Abfrage anschließend üblicherweise über TCP. Das ist technisch etabliert, kann aber mehr Verbindungen, Bandbreite und Rechenaufwand verursachen. Mit der Aktivierung bei 1.1.1.1 will Cloudflare diese Effekte im laufenden Betrieb messen.

Besonders groß können Antworten auf DNSKEY-Abfragen werden. Der öffentliche Schlüssel von ML-DSA-44 misst 1312 Byte, die zugehörige Signatur weitere 2420 Byte. Während der Übergangszeit müssen Zonen außerdem weiterhin klassische Schlüssel und Signaturen veröffentlichen, damit ältere Resolver ihre DNSSEC-Kette noch prüfen können. Bei Schlüsselwechseln kommen gegebenenfalls zusätzliche Einträge hinzu.

Schutz gegen Rückfall auf klassische Signaturen

Die parallele Nutzung alter und neuer Algorithmen schafft ein Downgrade-Risiko. Nach herkömmlicher DNSSEC-Logik kann ein Resolver eine Zone akzeptieren, wenn er einen gültigen Validierungspfad findet. Wäre ECDSA eines Tages mit Quantencomputern brechbar, könnte ein Angreifer also versuchen, nur einen gefälschten klassischen Pfad auszuliefern – obwohl die Zone zusätzlich mit ML-DSA-44 signiert ist.

Cloudflare verschärft dafür lokal die Validierungsregeln: Enthält der in der übergeordneten Zone signierte DS-Record einen unterstützten Post-Quanten-Algorithmus, verlangt 1.1.1.1 mindestens einen gültigen ML-DSA-44-Validierungspfad. Eine allein gültige klassische Signatur reicht dann nicht mehr. Ältere Resolver können weiter auf klassische Signaturen zurückgreifen, während der Cloudflare-Resolver das nicht tut.

Der Mechanismus schützt allerdings nur durchgängig, wenn die Post-Quanten-Signaturen entlang der gesamten Delegationskette reichen – über alle übergeordneten Zonen hinweg bis zur Root-Zone. Eine klassische, später brechbare Signatur auf einer höheren Ebene bliebe sonst ein Angriffspunkt. DNSSEC sichert dabei die Authentizität, nicht die Vertraulichkeit von DNS-Abfragen; das bekannte Szenario, Daten heute zu sammeln und später zu entschlüsseln, betrifft DNSSEC daher nicht unmittelbar.

Vollständige Kette steht noch aus

Mit der Resolver-Validierung ist noch keine vollständige Post-Quanten-DNSSEC-Kette verfügbar. Dafür müssten autoritative Nameserver Zonen mit ML-DSA-44 signieren, Registrare die passenden DS-Records annehmen und Registries sie in den übergeordneten Zonen veröffentlichen. Schließlich müsste auch die Root-Zone den Algorithmus unterstützen und ihr Post-Quanten-Schlüssel als Vertrauensanker in Resolvern hinterlegt sein.

Cloudflare will als nächsten Schritt ML-DSA-44-Signaturen für seinen autoritativen DNS-Dienst sowie passende DS-Records beim eigenen Registrar anbieten. Parallel will Cloudflare über einen kleinen Teil seiner Challenge Pages messen, ob Clients und Netzwerke eine mit ML-DSA-44 signierte Testdomain zuverlässig auflösen und erreichen können. Details zu dem jetzt gestarteten Resolver-Test beschreibt Cloudflare in seinem Blogbeitrag „1.1.1.1 now supports post-quantum DNSSEC“.