數(shù)字簽名及PKI技術(shù).ppt

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1、上節(jié)的主要內(nèi)容,Hash函數(shù) 密鑰管理,第四講 數(shù)字簽名,數(shù)字簽名的概念,所謂數(shù)字簽名（Digital Signature），也稱電子簽名，是指附加在某一電子文檔中的一組特定的符號(hào)或代碼，它是利用數(shù)學(xué)方法和密碼算法對(duì)該電子文檔進(jìn)行關(guān)鍵信息提取并進(jìn)行加密而形成的，用于標(biāo)識(shí)簽發(fā)者的身份以及簽發(fā)者對(duì)電子文檔的認(rèn)可，并能被接收者用來(lái)驗(yàn)證該電子文檔在傳輸過(guò)程中是否被篡改或偽造。,數(shù)字簽名滿足的條件,簽名是可以被確認(rèn)的； 簽名是不可偽造的； 簽名是不可重用的； 簽名是不可抵賴的； 第三方可確認(rèn)簽名但不能篡改；,數(shù)字簽名方案的組成,一般數(shù)字簽名包括三個(gè)過(guò)程：,系統(tǒng)初始化過(guò)程： 生成數(shù)字簽名方案用到的所有參數(shù)

2、。 簽名生成過(guò)程 用戶利用給定的算法對(duì)消息產(chǎn)生簽名s=Sig(m)。 簽名驗(yàn)證過(guò)程 驗(yàn)證者利用公開(kāi)的驗(yàn)證方法對(duì)給定消息的簽名進(jìn)行驗(yàn)證，得出簽名的有效性。Ver(s,m)=0或1,數(shù)字簽名的原理,Elgamal簽名體制,初始化： 首先選擇一個(gè)大素?cái)?shù)p，使在Zp中求解離散對(duì)數(shù)困難。然后選擇一個(gè)生成元gZp*，計(jì)算y=gx mod p，則公開(kāi)密鑰y,g,p，私鑰x。 簽名過(guò)程： 設(shè)待簽消息為m，簽名者選擇隨機(jī)數(shù)kZp* ，計(jì)算： r=(gk mod p) s=(h(m)-xr)k-1 mod (p-1) 則數(shù)字簽名為(s,r)，其中h()為Hash函數(shù)。,Elgamal簽名體制(續(xù))

3、,驗(yàn)證過(guò)程： 簽名接受者在收到消息m和簽名值(r,s)后，首先計(jì)算h(m)，然后驗(yàn)證等式： yrrs=gh(m) mod p 如等式成立，則數(shù)字簽名有效；否則簽名無(wú)效。,Elgamal簽名正確性,因?yàn)椋? r=(gk mod p) s=(h(m)-xr)k-1 mod (p-1) 所以： ks=h(m)-xr mod (p-1) gks = gh(m)-xr mod p gks gxr = gh(m) mod p yrrs=gh(m) mod p,數(shù)字簽名的擴(kuò)展,代理簽名 群簽名 盲簽名 多重簽名 不可否認(rèn)的數(shù)字簽名 門(mén)限的數(shù)字簽名,代理簽名,代理簽名是指原始簽名者把他的簽名權(quán)

4、授給代理者，代理者代表原始簽名者行使他的簽名權(quán)。當(dāng)驗(yàn)證者驗(yàn)證代理簽名時(shí)，驗(yàn)證者既能驗(yàn)證這個(gè)簽名的有效性，也能確信這個(gè)簽名是原始簽名者認(rèn)可的簽名。,,全代理方式 部分代理方式（非保護(hù)代理和保護(hù)代理） 委任狀代理方式,群(組)簽名,群簽名就是一個(gè)群體中一個(gè)成員可以以匿名的方式代表整個(gè)群體對(duì)消息進(jìn)行簽名，一旦發(fā)生爭(zhēng)論，從消息的群簽名中權(quán)威者（組長(zhǎng)）可以辨別簽名者。在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用。 特點(diǎn)：,,匿名性 不關(guān)聯(lián)性 可跟蹤性,盲簽名,盲數(shù)字簽名是一種特殊的數(shù)字簽名，當(dāng)用戶A發(fā)送消息m給簽名者B時(shí)，一方面要求B對(duì)消息簽名，另一方面又不讓B知道消息的內(nèi)容，也就是簽名者B所簽的消息是經(jīng)過(guò)盲化處理的。盲簽名除

5、具有一般數(shù)字簽名的特點(diǎn)外，還有下面兩個(gè)特征： (1)簽名者無(wú)法知道所簽消息的具體內(nèi)容，雖然他為這個(gè)消息簽了名。（匿名性） (2)即使后來(lái)簽名者見(jiàn)到這個(gè)簽名時(shí)，也不能將之與盲消息對(duì)應(yīng)起來(lái)。（不可跟蹤性）,,多重?cái)?shù)字簽名,在數(shù)字簽名應(yīng)用中，有時(shí)需要多個(gè)用戶對(duì)同一文件進(jìn)行簽名和認(rèn)證，比如，一個(gè)公司發(fā)表的聲明涉及到財(cái)務(wù)部、開(kāi)發(fā)部、銷(xiāo)售部、售后服務(wù)部等部門(mén)，需要這些部門(mén)簽名認(rèn)可，那么，需要這些部門(mén)對(duì)這個(gè)聲明文件進(jìn)行簽名。能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)用戶對(duì)同一文件進(jìn)行簽名的數(shù)字簽名方案稱為多重?cái)?shù)字簽名（Digital Multi- signature）方案。根據(jù)不同的簽名過(guò)程，多重?cái)?shù)字簽名方案可分兩類(lèi)： 有序多重?cái)?shù)字簽

6、名（Sequential Multisignature） 廣播多重?cái)?shù)字簽名（Broadcasting Multisignature）,有序多重簽名方案的簡(jiǎn)介,文件發(fā)送者規(guī)定文件簽名順序，然后將文件發(fā)送到第一個(gè)簽名者，除了第一個(gè)簽名者外，每一位簽名者收到簽名文件后，首先驗(yàn)證上一簽名的有效性，如果簽名有效，繼續(xù)簽名，然后將簽名文件發(fā)送到下一個(gè)簽名者；如果簽名無(wú)效，拒絕對(duì)文件簽名，終止整個(gè)簽名過(guò)程。當(dāng)簽名驗(yàn)證者收到簽名文件后，驗(yàn)證簽名的有效性，如果有效，多重?cái)?shù)字簽名有效；否則，多重?cái)?shù)字簽名無(wú)效。下圖描述了有序多重?cái)?shù)字簽名方案。,,廣播多重簽名方案的簡(jiǎn)介,在廣播多重?cái)?shù)字簽名方案中，文件發(fā)送者同時(shí)將文

7、件發(fā)送給每一位簽名者進(jìn)行簽名，然后簽名者將簽名文件發(fā)送到簽名收集者，由收集者對(duì)簽名文件進(jìn)行整理并發(fā)送給簽名驗(yàn)證者，簽名驗(yàn)證者驗(yàn)證多重簽名的有效性。下圖描述了廣播多重?cái)?shù)字簽名方案。。,,,不可否認(rèn)的數(shù)字簽名,不可否認(rèn)的數(shù)字簽名就是在簽名人合作的條件下才能驗(yàn)證簽名。不可否認(rèn)的數(shù)字簽名除了一般簽名體制中的簽名算法和驗(yàn)證算法外，還需要有否認(rèn)協(xié)議，即利用否認(rèn)協(xié)議證明一個(gè)偽造的簽名確實(shí)是假的。如簽名人拒絕參與執(zhí)行否認(rèn)協(xié)議就證明簽名事實(shí)上是真的由他簽署的。,門(mén)限的數(shù)字簽名,在（t，n）門(mén)限簽名方案中，n個(gè)成員共享群體的簽名密鑰，使得任何不少于t個(gè)成員的子集可以代表群體產(chǎn)生簽名，而任何少于t個(gè)成員的子集則不能

8、產(chǎn)生簽名.門(mén)限簽名方案的基本假設(shè)是：在系統(tǒng)生命周期中，至少只有（t-1）個(gè)非誠(chéng)實(shí)成員.,雙重?cái)?shù)字簽名,所謂雙重?cái)?shù)字簽名就是在有的場(chǎng)合，發(fā)送者需要寄出兩個(gè)相關(guān)信息給接收者，對(duì)這兩組相關(guān)信息，接收者只能解讀其中一組，另一組只能轉(zhuǎn)送給第三方接收者，不能打開(kāi)看其內(nèi)容。這時(shí)發(fā)送者就需分別加密兩組密文，做兩組數(shù)字簽名，故稱雙重?cái)?shù)字簽名。,雙重?cái)?shù)字簽名（舉例說(shuō)明）,在電子商務(wù)應(yīng)用中，參與方位持卡人、商戶和結(jié)算銀行。當(dāng)持卡人客戶登錄商戶網(wǎng)站，提出申請(qǐng)購(gòu)物時(shí)，持卡人要向商戶提出兩組信息：向商戶直接提出訂購(gòu)信息的同時(shí)，還必須向銀行提出付款信息，以便授權(quán)銀行付款。但其中處理過(guò)程要有兩個(gè)要點(diǎn)，即：持卡人不希望商戶知道

9、自己的銀行支付帳號(hào)的有關(guān)信息；同時(shí)也不希望銀行方面知道具體的購(gòu)物內(nèi)容，只需按金額貸記或借記帳戶就可。,持卡者實(shí)現(xiàn)過(guò)程,商戶實(shí)現(xiàn)過(guò)程,銀行實(shí)現(xiàn)過(guò)程,數(shù)字簽名小結(jié),掌握數(shù)字簽名的基本概念和原理 了解數(shù)字簽名的擴(kuò)展及其實(shí)際意義 理解雙重?cái)?shù)字簽名的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,課后作業(yè)題,1. 請(qǐng)通過(guò)Internet查找屬于下面類(lèi)型的常用算法，并簡(jiǎn)單介紹算法的特點(diǎn)： 序列密碼 分組密碼 公鑰密碼 散列函數(shù) 數(shù)字簽名 2.談?wù)剬?duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)體會(huì)和建議。 請(qǐng)寫(xiě)明學(xué)號(hào)、班級(jí)和姓名，下次上課交給我。,第五講 PKI技術(shù),邏輯安全的主要威脅,假冒：指非法用戶假冒合法用戶身份獲取敏感信息； 截

10、?。褐阜欠ㄓ脩艚孬@通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)； 篡改：指非法用戶改動(dòng)所截獲的信息和數(shù)據(jù)； 否認(rèn)：指通信的單方或多方事后否認(rèn)曾經(jīng)參與某次活動(dòng)；,常見(jiàn)的解決方法,信息竊取,,,信息傳遞,,,信息冒充,信息篡改,信息抵賴,加密技術(shù),完整性技術(shù),認(rèn)證技術(shù),數(shù)字簽名,PKI的含義,,PKI（Public Key Infrastructure）是一個(gè)用公鑰概念與技術(shù)來(lái)實(shí)施和提供安全服務(wù)的具有普適性的安全基礎(chǔ)設(shè)施。PKI公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的主要任務(wù)是在開(kāi)放環(huán)境中為開(kāi)放性業(yè)務(wù)提供數(shù)字簽名服務(wù)。 PKI是生成、管理、存儲(chǔ)、分發(fā)和吊銷(xiāo)基于公鑰密碼學(xué)的公鑰證書(shū)所需要的硬件、軟件、人員、策略和規(guī)程的總和。,PKI的內(nèi)容和目標(biāo),PKI技

11、術(shù)以公鑰技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字證書(shū)為媒介，結(jié)合對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密技術(shù)，將個(gè)人、組織、設(shè)備的標(biāo)識(shí)信息與各自的公鑰捆綁在一起，其主要目的是通過(guò)自動(dòng)管理密鑰和證書(shū)，為用戶建立起一個(gè)安全、可信的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，使用戶可以在多種應(yīng)用環(huán)境下方便地使用加密和數(shù)字簽名技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)上驗(yàn)證用戶的身份，從而保證了互聯(lián)網(wǎng)上所傳輸信息的真實(shí)性、完整性、機(jī)密性和不可否認(rèn)性。PKI是目前為止既能實(shí)現(xiàn)用戶身份認(rèn)證，又能保證互聯(lián)網(wǎng)上所傳輸數(shù)據(jù)安全的惟一技術(shù)。,PKI的理解,基于公開(kāi)密鑰理論和技術(shù)建立起來(lái)的安全體系。 一個(gè)被廣泛認(rèn)識(shí)并且被普遍接受的相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)。 提供信息安全服務(wù)的具有普適性的安全基礎(chǔ)設(shè)施 。 CA認(rèn)證、數(shù)字證

12、書(shū)、目錄服務(wù)以及相關(guān)安全應(yīng)用組件模塊的集合 。 是國(guó)家信息化的基礎(chǔ)設(shè)施，是相關(guān)技術(shù)、應(yīng)用、組織、規(guī)范和法律法規(guī)的總和。 核心是要解決信息網(wǎng)絡(luò)空間中的信任問(wèn)題，確定可信賴的數(shù)字身份。 似乎可以解決絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，并初步形成了一套完整的解決方案。,PKI標(biāo)準(zhǔn)體系,PKI標(biāo)準(zhǔn)體系（續(xù)）,PKI技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),自20世紀(jì)90年代初期以來(lái)，作為電子商務(wù)信息安全的關(guān)鍵和基礎(chǔ)性技術(shù)的PKI逐步得到了許多國(guó)家的政府和企業(yè)的廣泛重視，PKI技術(shù)由理論研究進(jìn)入到商業(yè)化應(yīng)用階段。 PKI技術(shù)經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展已日趨成熟，許多新技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，CA之間的信任模型、使用的加解密算法、密鑰管理的方案等也在不斷變

13、化中。 PKI的應(yīng)用涉及電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子事務(wù)等諸多領(lǐng)域，PKI具有非常廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 我國(guó)的PKI行業(yè)起步較晚，PKI行業(yè)的建立還只有不到五年的時(shí)間，但其發(fā)展還是十分迅速的。 國(guó)內(nèi)的這些認(rèn)證中心可分為三大類(lèi)：行業(yè)性認(rèn)證中心、區(qū)域性認(rèn)證中心和純商業(yè)性認(rèn)證中心。,PKI的優(yōu)勢(shì),節(jié)省費(fèi)用 透明性和易用性 互操作性 可擴(kuò)展性 多用性 支持多平臺(tái),數(shù)字證書(shū)的概述,公鑰算法的一個(gè)最大問(wèn)題就是確認(rèn)獲得對(duì)方公鑰的身份。 數(shù)字證書(shū)是一種包含了重要信息的載體，它證明了證書(shū)所有人和所持有的公鑰的真實(shí)性，由一個(gè)可信的中介機(jī)構(gòu)進(jìn)行簽名，這可以使獲得證書(shū)的人只要信任這個(gè)可信的中介機(jī)構(gòu)，就可以相信他所獲得的證

14、書(shū)了。,數(shù)字證書(shū),版本號(hào)：用來(lái)區(qū)分X.509的不同版本，v3(2)。 序列號(hào)：由CA給予每一個(gè)證書(shū)的分配惟一的數(shù)字型編號(hào)。 認(rèn)證機(jī)構(gòu)標(biāo)識(shí)：頒發(fā)該證書(shū)的機(jī)構(gòu)惟一的CA的X.500名字。 主體標(biāo)識(shí)：證書(shū)持有者的名稱。 主體公鑰信息：和該主體私鑰相對(duì)應(yīng)的公鑰。 證書(shū)有效期：證書(shū)有效時(shí)間包括兩個(gè)日期：證書(shū)開(kāi)始有效期和證書(shū)失效期。 密鑰/證書(shū)用法：描述該主體的公/私密鑰對(duì)的合法用途。 擴(kuò)展：說(shuō)明該證書(shū)的附加信息。 認(rèn)證機(jī)構(gòu)簽名：用認(rèn)證機(jī)構(gòu)的私鑰生成的數(shù)字簽名。,數(shù)字證書(shū)的安全性,證書(shū)是公開(kāi)的，可復(fù)制的。 任何具有CA公鑰（根證書(shū)/CA證書(shū)，自簽名證書(shū)）的用戶都可以驗(yàn)證證書(shū)有效性 除了CA以外，任何人都無(wú)

15、法偽造、修改證書(shū)。 證書(shū)的安全性依賴于CA的私鑰。,PKI主要包含內(nèi)容,認(rèn)證中心 證書(shū)簽發(fā)機(jī)構(gòu)，是PKI的核心，使PKI 應(yīng)用中權(quán)威的、可信任的、公正的第三方機(jī)構(gòu)。 證書(shū)庫(kù) 證書(shū)的集中存放地，提供公眾查詢。 密鑰備份及恢復(fù)系統(tǒng) 對(duì)用戶的解密密鑰進(jìn)行備份，當(dāng)丟失時(shí)進(jìn)行恢復(fù)，而簽名密鑰不用備份和恢復(fù)。 證書(shū)撤銷(xiāo)處理系統(tǒng) 證書(shū)由于某種原因需要作廢，終止使用，將通過(guò)證書(shū)撤銷(xiāo)列表CRL來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PKI應(yīng)用接口系統(tǒng) 為各種各樣的應(yīng)用提供安全、一致、可信任的方式與PKI交互，確保所建立起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全可靠，并降低管理成本。,PKI主要組件,,PKI主要組件的簡(jiǎn)介,公鑰證書(shū)：由可信實(shí)體簽名的電子記

16、錄，記錄將公鑰和密鑰（公私鑰對(duì)）所有者的身份捆綁在一起。公鑰證書(shū)是PKI的基本部件。 根CA：一個(gè)單獨(dú)的、可信任的根CA是PKI的基礎(chǔ)，生成一個(gè)自簽名證書(shū)，亦稱CA證書(shū)或根證書(shū)。 注冊(cè)機(jī)構(gòu)和本地注冊(cè)機(jī)構(gòu)：接受個(gè)人申請(qǐng)，檢查其中信息并發(fā)送給CA。RA可設(shè)計(jì)成CA的代理處，分擔(dān)CA的一定功能以增強(qiáng)可擴(kuò)展性。 目錄服務(wù)（資料庫(kù)）：PKI的一個(gè)重要組成部分，主要用于發(fā)布用戶的證書(shū)和證書(shū)作廢列表（黑名單）。,PKI主要組件的簡(jiǎn)介（續(xù)）,管理協(xié)議：用于管理證書(shū)的注冊(cè)、生效、發(fā)布和撤銷(xiāo)。PKI管理協(xié)議包括PKI CMP、消息格式、CMMF、PKCS#10。 操作協(xié)議：允許用戶方便地通過(guò)證書(shū)庫(kù)檢索和驗(yàn)證證書(shū)和

17、CRL。在大多數(shù)情況下，操作協(xié)議與現(xiàn)有協(xié)議（如Ftp、Http、Ldap等）共同合作。 最終用戶（End User）：也稱最終實(shí)體（End-Entity）,可以是人，也可以是機(jī)器，如路由器，或計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的進(jìn)程，如應(yīng)用系統(tǒng)。,CA的簡(jiǎn)介,CA機(jī)構(gòu)，又稱為證書(shū)授證(Certificate Authority)中心，作為電子商務(wù)交易中受信任的第三方，承擔(dān)公鑰體系中公鑰的合法性檢驗(yàn)的責(zé)任。CA中心為每個(gè)使用公開(kāi)密鑰的用戶發(fā)放一個(gè)數(shù)字證書(shū)，數(shù)字證書(shū)的作用是證明證書(shū)中列出的用戶合法擁有證書(shū)中列出的公開(kāi)密鑰。CA機(jī)構(gòu)的數(shù)字簽名使得攻擊者不能偽造和篡改證書(shū)。它負(fù)責(zé)產(chǎn)生、分配并管理所有參與網(wǎng)上交易的個(gè)體所需的

18、數(shù)字證書(shū)，因此是安全電子交易的核心環(huán)節(jié)。,認(rèn)證機(jī)構(gòu)CA,認(rèn)證中心：CA負(fù)責(zé)簽發(fā)證書(shū)和管理證書(shū)，對(duì)證書(shū)的真實(shí)性負(fù)責(zé)，是PKI的核心。 互聯(lián)網(wǎng)定義：一個(gè)可信實(shí)體，發(fā)放和作廢公鑰證書(shū)，并對(duì)各作廢證書(shū)列表簽名。 美國(guó)防部定義：一個(gè)授權(quán)產(chǎn)生，簽名，發(fā)放公鑰證書(shū)的實(shí)體。CA全面負(fù)責(zé)證書(shū)發(fā)行和管理（即，注冊(cè)進(jìn)程控制，身份標(biāo)識(shí)和認(rèn)證進(jìn)程，證書(shū)制造進(jìn)程，證書(shū)公布和作廢及密鑰的更換）。CA還全面負(fù)責(zé)CA服務(wù)和CA運(yùn)行。 美聯(lián)邦政府定義：被一個(gè)或多個(gè)用戶所信任發(fā)放和管理X.509公鑰證書(shū)和作廢證書(shū)的機(jī)構(gòu)。,認(rèn)證中心（CA）組成,簽名和加密服務(wù)器 對(duì)于數(shù)字證書(shū)和被撤銷(xiāo)的數(shù)字證書(shū)，應(yīng)有認(rèn)證機(jī)構(gòu)的數(shù)字簽名。 密鑰管理服

19、務(wù)器 與簽名加密服務(wù)器連接，按配置生成密鑰、撤銷(xiāo)密鑰、恢復(fù)密鑰和查詢密鑰。 證書(shū)管理服務(wù)器 主要完成證書(shū)的生成、作廢等操作控制。 證書(shū)發(fā)布和CRL發(fā)布服務(wù)器 用于將證書(shū)信息按一定時(shí)間間隔對(duì)外發(fā)布，為客戶提供證書(shū)下載和CRL下載等服務(wù)。 在線證書(shū)狀態(tài)查詢服務(wù)器 證書(shū)用戶隨時(shí)都知道某個(gè)證書(shū)的最新?tīng)顟B(tài)。 Web服務(wù)器 用于證書(shū)發(fā)布和有關(guān)數(shù)據(jù)認(rèn)證系統(tǒng)政策的發(fā)布。,CA的核心功能,接受驗(yàn)證最終用戶數(shù)字證書(shū)的申請(qǐng)。 確定是否接受最終用戶數(shù)字證書(shū)的申請(qǐng)（證書(shū)審批）。 向申請(qǐng)者頒發(fā)、拒絕頒發(fā)數(shù)字證書(shū)（證書(shū)發(fā)放）。 接受、處理最終用戶的數(shù)字證書(shū)更新請(qǐng)求（證書(shū)更新）。 接受最終用戶數(shù)字證書(shū)的查詢、撤銷(xiāo)。

20、 產(chǎn)生和發(fā)布證書(shū)注銷(xiāo)列表（CRL）。 數(shù)字證書(shū)的歸檔。 密鑰歸檔。 歷史數(shù)據(jù)歸檔。,注冊(cè)中心（RA）,注冊(cè)中心是數(shù)字證書(shū)注冊(cè)審批機(jī)構(gòu)。 RA 系統(tǒng)是CA系統(tǒng)的證書(shū)發(fā)放、管理的延伸，是整個(gè)CA中心得以正常運(yùn)營(yíng)不可缺少的一部分。 但有的系統(tǒng)中，將RA合并在CA中。 一般而言，注冊(cè)中心控制注冊(cè)、證書(shū)傳遞、其他密鑰和證書(shū)生命周期管理過(guò)程中主體和PKI間的交換。 在任何環(huán)境下，RA都不發(fā)起關(guān)于主體的可信聲明。,RA的功能,主體注冊(cè)證書(shū)的個(gè)人認(rèn)證。 確定主體所提供信息的有效性。 對(duì)被請(qǐng)求證書(shū)屬性確定主體的權(quán)利。 在需要撤銷(xiāo)時(shí)報(bào)告報(bào)告密鑰泄露或終止事件。 為識(shí)別身份的目的分配名字。 在注冊(cè)初始化和證書(shū)獲得階

21、段產(chǎn)生共享秘密。 產(chǎn)生公私鑰對(duì)。 認(rèn)證機(jī)構(gòu)代表主體開(kāi)始注冊(cè)過(guò)程。 私鑰歸檔。 開(kāi)始密鑰恢復(fù)處理。 包含私鑰的物理設(shè)備的分發(fā)。,密鑰生命周期,證書(shū)管理,證書(shū)注冊(cè) 證書(shū)存放 證書(shū)撤銷(xiāo) 證書(shū)驗(yàn)證 證書(shū)狀態(tài)查詢,證書(shū)注冊(cè),申請(qǐng)人提交證書(shū)請(qǐng)求。 RA對(duì)證書(shū)請(qǐng)求進(jìn)行審核。 CA生成證書(shū)。 下載并安裝證書(shū) 證書(shū)發(fā)布,證書(shū)庫(kù),,9.證書(shū)發(fā)布,證書(shū)請(qǐng)求,證書(shū)請(qǐng)求消息--被用來(lái)向CA傳遞一個(gè)產(chǎn)生X.509證書(shū)請(qǐng)求(可能通過(guò)RA)。請(qǐng)求消息一般包括公鑰和有關(guān)的登記信息。 證書(shū)請(qǐng)求構(gòu)成的步驟如下： 產(chǎn)生CertRequest值，其值包括：公鑰，所有或部分的終端實(shí)體（EE）的名字，其他所要求的證書(shū)值域，以及與登記過(guò)程相

22、聯(lián)系的控制 信息。 可以通過(guò)計(jì)算CertRequest的值來(lái)證明擁有與所請(qǐng)求的證書(shū)的公鑰相聯(lián)系的私鑰，即可計(jì)算出POP（proof of possession，擁有私鑰的證明）的值。 以上兩項(xiàng)所需要的其他登記信息，這些信息和POP值， CertRequest結(jié)構(gòu)組成證書(shū)請(qǐng)求信息。 證書(shū)請(qǐng)求信息被秘密傳遞給CA。,證書(shū)的更新,最終實(shí)體證書(shū)更新 證書(shū)過(guò)期 一些屬性的改變 發(fā)放新證書(shū) CA證書(shū)更新 舊用新證書(shū) 新用舊證書(shū),證書(shū)存放,使用IC卡存放 直接存放在磁盤(pán)或自己的終端上 USB Key 證書(shū)庫(kù),證書(shū)撤銷(xiāo),當(dāng)條件（雇傭關(guān)系結(jié)束、證書(shū)中信息修改等）要求證書(shū)的有效期在證書(shū)結(jié)束日期之前終止，

23、或者要求用戶與私鑰分離時(shí)（私鑰可能以某種方式泄露），證書(shū)被撤銷(xiāo)。,證書(shū)庫(kù),,3.撤銷(xiāo)發(fā)布,證書(shū)撤銷(xiāo)列表,用戶在使用一個(gè)證書(shū)之前，必須檢查證書(shū)是否已被撤銷(xiāo),證書(shū)撤銷(xiāo)列表（CRL）會(huì)無(wú)限增加嗎？,證書(shū)驗(yàn)證,使用CA證書(shū)驗(yàn)證終端實(shí)體證書(shū)有效性。 檢查證書(shū)的有效期，確保該證書(shū)是否有效。 檢查該證書(shū)的預(yù)期用途是否符合CA在該證書(shū)中指定的所有策略限制。 在證書(shū)撤銷(xiāo)列表（CRL）中查詢確認(rèn)該證書(shū)是否被CA撤銷(xiāo)。,證書(shū)狀態(tài)查詢,定期下載證書(shū)撤銷(xiāo)列表（CRL）。 在線證書(shū)狀態(tài)協(xié)議OCSP（Online Certificate Status Protocol），其目的為了克服基于CRL的撤銷(xiāo)方案的局限性，為證書(shū)狀

24、態(tài)查詢提供即時(shí)的最新響應(yīng)。OCSP使用證書(shū)序列號(hào)、CA名稱和公開(kāi)密鑰的散列值作為關(guān)鍵字查詢目標(biāo)的證書(shū)。,PKI的運(yùn)行舉例,1）終端用戶向證明機(jī)構(gòu)（CA）提出數(shù)字證書(shū)申請(qǐng)； 2）CA驗(yàn)明終端用戶身份，并簽發(fā)數(shù)字證書(shū)； 3）CA將證書(shū)公布到證書(shū)庫(kù)中； 4）終端用戶對(duì)電子信件數(shù)字簽名作為發(fā)送認(rèn)證，確保信件完整性，不可否認(rèn)性，并發(fā)送給接受方。 5）接受方接收信件，根據(jù)終端用戶標(biāo)識(shí)向證書(shū)庫(kù)查詢證書(shū)的狀態(tài)； 6）下載終端用戶證書(shū)并用其公鑰驗(yàn)證數(shù)字簽名，確定電子信件數(shù)字簽名的有效性；,證書(shū)機(jī)構(gòu) CA,證書(shū)庫(kù),終端用戶,接受方,,,,,,,3,1,2,4,6,5,數(shù)字證書(shū)的應(yīng)用,現(xiàn)有持證人甲向持證人乙傳送數(shù)字

25、信息，為了保證信息傳送的真實(shí)性、完整性和不可否認(rèn)性，需要對(duì)要傳送的信息進(jìn)行數(shù)字加密和數(shù)字簽名，其傳送過(guò)程如下： （1）甲準(zhǔn)備好要傳送的數(shù)字信息（明文）。 （2）甲對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行哈希（hash）運(yùn)算，得到一個(gè)信息摘要。 （3）甲用自己的私鑰（SK）對(duì)信息摘要進(jìn)行加密得到甲的數(shù)字簽名，并將其附在數(shù)字信息上。 （4）甲隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)加密密鑰（DES密鑰），并用此密鑰對(duì)要發(fā)送的信息進(jìn)行加密，形成密文。 （5）甲獲得乙的證書(shū)，并用CA證書(shū)驗(yàn)證及檢查證書(shū)撤銷(xiāo)列表驗(yàn)證乙證書(shū)是否有效。 （6）甲用乙的公鑰（PK）（來(lái)自證書(shū)）對(duì)剛才隨機(jī)產(chǎn)生的加密密鑰進(jìn)行加密，將加密后的DES密鑰連同密文一起傳送給乙。,數(shù)字證書(shū)的

26、應(yīng)用（續(xù)）,（7）乙收到甲傳送過(guò)來(lái)的密文和加過(guò)密的DES密鑰，先用自己的私鑰（SK）對(duì)加密的DES密鑰進(jìn)行解密，得到DES密鑰。 （8）乙然后用DES密鑰對(duì)收到的密文進(jìn)行解密，得到明文的數(shù)字信息，然后將DES密鑰拋棄（即DES密鑰作廢）。 （9）乙獲得甲的證書(shū)，并用CA證書(shū)驗(yàn)證及檢查證書(shū)撤銷(xiāo)列表驗(yàn)證甲證書(shū)是否有效。 （10）乙用甲的公鑰（PK）（來(lái)自證書(shū)）對(duì)甲的數(shù)字簽名進(jìn)行解密，得到信息摘要。 （11）乙用相同的hash算法對(duì)收到的明文再進(jìn)行一次hash運(yùn)算，得到一個(gè)新的信息摘要。 （12） 乙將收到的信息摘要和新產(chǎn)生的信息摘要進(jìn)行比較，如果一致，說(shuō)明收到的信息沒(méi)有被修改過(guò)。,CA的策略,CA

27、私鑰的保護(hù)。 證書(shū)申請(qǐng)時(shí)密鑰對(duì)的產(chǎn)生方式。 用戶私鑰的保護(hù) CRL的更新頻率 通知服務(wù)：對(duì)于用戶的申請(qǐng)和證書(shū)過(guò)期、廢除等有關(guān)事宜的回復(fù)。 保護(hù)CA服務(wù)器。 審計(jì)和日志檢查,API接口,簽名函數(shù) 驗(yàn)證函數(shù) 加密函數(shù) 解密函數(shù) 隨機(jī)數(shù)生成函數(shù) 散列函數(shù) 證書(shū)有效性驗(yàn)證函數(shù) 驗(yàn)證CRL 有效性的函數(shù) OCSP 查詢函數(shù) TSA 申請(qǐng)函數(shù) TSA 驗(yàn)證函數(shù),CA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),PKI信任模型,單一模型CA 樹(shù)狀模型CA 對(duì)等模型CA 網(wǎng)狀模型CA,單一模型CA,比較理想建立單一的認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CA），由它管理所有證書(shū)： 特殊的應(yīng)用領(lǐng)域有著特殊的安全需求（安全策略不同）。 證書(shū)頒發(fā)和撤銷(xiāo)難于直接控制。 證書(shū)庫(kù)難

28、于維護(hù)，難于滿足實(shí)際性能的需求。 根私鑰的維護(hù)更加困難。 多CA帶來(lái)問(wèn)題是如何建立CA之間的信任關(guān)系,樹(shù)狀模型CA,,,,,,A,B,根CA,A, B均用 根CA所發(fā) 證書(shū)完成 初始化,,,樹(shù)狀模型CA（續(xù)）,頒發(fā)者 北京郵電大學(xué),主體公鑰,主體 北京郵電大學(xué),北京郵電大學(xué) CA簽名,,,,,頒發(fā)者 北京郵電大學(xué),主體公鑰,主體 信息工程學(xué)院,北京郵電大學(xué) CA簽名,,頒發(fā)者 信息工程學(xué)院,主體公鑰,主體 張三,信息工程學(xué)院 CA簽名,,用戶的公/私鑰對(duì),信息工程學(xué)院的公/私鑰對(duì),北京郵電大學(xué)的公/私鑰對(duì),,,,,,對(duì)等模型CA,B A,,,B,A,A B,對(duì)等模型CA（續(xù)）,頒發(fā)者 計(jì)算機(jī)學(xué)

29、院,主體公鑰,主體 信息工程學(xué)院,計(jì)算機(jī)學(xué)院 CA簽名,,頒發(fā)者 信息工程學(xué)院,主體公鑰,主體 計(jì)算機(jī)學(xué)院,信息工程學(xué)院 CA簽名,,頒發(fā)者 計(jì)算機(jī)學(xué)院,主體公鑰,主體 李四,計(jì)算機(jī)學(xué)院 CA簽名,,李四的公/私鑰對(duì),信息工程學(xué)院 的公/私鑰對(duì),計(jì)算機(jī)學(xué)院 的公/私鑰對(duì),,,,,,頒發(fā)者 信息工程學(xué)院,主體公鑰,主體 張三,信息工程學(xué)院 CA簽名,,張三的公/私鑰對(duì),,,,橋CA,不同信任域之間的橋梁CA，主要負(fù)責(zé)為不同信任域的根CA頒發(fā)交叉認(rèn)證的證書(shū)，建立各個(gè)信任域的擔(dān)保等級(jí)與橋CA的擔(dān)保等級(jí)之間的一一映射關(guān)系，更新交叉認(rèn)證證書(shū)，發(fā)布交叉認(rèn)證證書(shū)注銷(xiāo)黑名單。但是它不要求一個(gè)機(jī)構(gòu)在與另一個(gè)機(jī)構(gòu)

30、發(fā)生信任關(guān)系時(shí)必須遵循所確定的這種映射關(guān)系，而是可以采用它認(rèn)為合適的映射關(guān)系確定彼此之間的信任。,網(wǎng)狀模型CA,,,,,,,,,,A,B,橋,橋 B,橋 A,A 橋,B 橋,A 橋,B 橋,橋 A,橋 B,時(shí)間戳服務(wù),時(shí)間戳服務(wù)就是時(shí)間戳協(xié)議（TSP Time Stamp Protocol）通過(guò)時(shí)間戳（Time Stamp Authority）的服務(wù)來(lái)提供數(shù)據(jù)在特定時(shí)間存在的證據(jù)。 安全時(shí)間戳服務(wù)用來(lái)證明一組數(shù)據(jù)在某個(gè)特定時(shí)間是否存在。它可以被用于證明像電子交易或文檔簽名這樣的電子行為的發(fā)生時(shí)間，如果行為具有法律或資金方面的影響，那么時(shí)間戳尤為有用。,時(shí)間戳應(yīng)用背景,由于用戶桌面時(shí)間很容

31、易改變，由該時(shí)間產(chǎn)生的時(shí)間戳不可信賴，因此需要一個(gè)可信任的第三方來(lái)提供可信賴的且不可抵賴的時(shí)間戳服務(wù)。TSA的主要功能是提供可靠的時(shí)間信息，證明某份文件（或某條信息）在某個(gè)時(shí)間(或以前)存在，防止用戶在這個(gè)時(shí)間前或時(shí)間后偽造數(shù)據(jù)進(jìn)行欺騙活動(dòng)。,TSA在PKI 中的地位,TSA(Time Stamp Authority)，時(shí)間戳權(quán)威，是一個(gè)可信的第三方時(shí)間權(quán)威。它是PKI 中的重要組成部分。是支持不可否認(rèn)服務(wù)的一個(gè)關(guān)鍵因素。 不可否認(rèn)服務(wù)需要一個(gè)安全時(shí)間戳來(lái)證明某個(gè)事件發(fā)生在某個(gè)特定時(shí)間。例如：Alice用自己的私鑰對(duì)一張支票簽名并把它發(fā)送給Bob 。現(xiàn)在Alice 想反悔，她故意把私鑰四處散發(fā)

32、，并通過(guò)CA 撤銷(xiāo)自己的簽名證書(shū)，以證明簽名的并不是自己?，F(xiàn)在要揭穿Alice 是在抵賴，就需要有時(shí)間戳來(lái)證明她的證書(shū)撤銷(xiāo)是發(fā)生在簽名之后。 僅僅是為了支持不可否認(rèn)的目的，并不需要一個(gè)正確的時(shí)間，只要是能標(biāo)記各項(xiàng)動(dòng)作發(fā)生的先后關(guān)系即可。但在很多情況下，一個(gè)權(quán)威的真正正確的時(shí)間是非常有用的，所以要求使用官方時(shí)間源提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。,TSA 的工作流程,1. 客戶端首先計(jì)算所選文件的數(shù)字指紋，通常是做一次Hash . 2. 客戶端將對(duì)文件計(jì)算的 Hash 值發(fā)送給 TSA ，TSA 將當(dāng)前時(shí)間值加入數(shù)字指紋，然后用私有密鑰對(duì)這個(gè)信息數(shù)字簽名，并產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間郵戳(Time stamp)。 3. TSA

33、 將時(shí)間郵戳返回到客戶端存儲(chǔ)（客戶端需要驗(yàn)證時(shí)間郵戳的有效性）。這樣時(shí)間郵戳就跟文件綁在一起作為文件在某個(gè)時(shí)間內(nèi)有效的證據(jù)。,小結(jié)CA的主要職責(zé),證書(shū)的結(jié)構(gòu)，如何實(shí)現(xiàn)用戶身份與其公鑰的綁定。 證書(shū)頒發(fā)：申請(qǐng)者在CA的注冊(cè)機(jī)構(gòu)（RA）進(jìn)行注冊(cè)，申請(qǐng)證書(shū)。 證書(shū)廢除：證書(shū)持有者可以向CA申請(qǐng)廢除證書(shū)。 證書(shū)和CRL的公布：通過(guò)服務(wù)器維護(hù)用戶證書(shū)和黑名單（）。 證書(shū)狀態(tài)的在線查詢（）：比更具有時(shí)效性。 證書(shū)認(rèn)證：在多系統(tǒng)中，提供對(duì)其它發(fā)布的證書(shū)的安全認(rèn)證。,PKI應(yīng)用的考慮,性能 盡量少用公鑰加解密操作，在實(shí)用中，往往結(jié)合對(duì)稱密碼技術(shù)，避免對(duì)大量數(shù)據(jù)作加解密操作 除非需要數(shù)據(jù)來(lái)源認(rèn)證才使用簽名技術(shù)，否則就使用MAC或者HMAC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性檢驗(yàn) 在線和離線模型 簽名的驗(yàn)證可以在離線情況下完成 用公鑰實(shí)現(xiàn)保密性也可以在離線情況下完成 離線模式的問(wèn)題：無(wú)法獲得最新的證書(shū)注銷(xiāo)信息 證書(shū)中所支持算法的通用性 在提供實(shí)際的服務(wù)之前，必須協(xié)商到一致的算法 個(gè)體命名 如何命名一個(gè)安全個(gè)體，取決于CA的命名登記管理工作,,,謝 謝 ！,