PKI PMI

PKI

公钥基础设施 public key infrastructure
遵循标准的，利用公钥理论和技术建立的提供安全服务的基础设施

**目的：**身份认证，点滴信息不完整，不可抵赖，提供可靠安全服务

**任务：**可信任数字身份

PKI概念

组成

• 证书机构
• 注册机构
• 证书发布库
• 密钥备份恢复
• 证书撤销
• PKI接口

应用： 认证，数据完整性/保密性，不可否认，公证

CA系统功能

1. 正数 生成/颁发/撤销/更新/归档
2. CA自身管理
3. 日志审计
4. 密钥恢复

数字认证中心

1. 发放管理数字证书
2. 身份认证服务、证书签发，签发后生命周期的管理
   1. 证书状态
   2. 证书需要撤销的时候发布证书撤销通知
3. 维护证书档案、证书相关审计

注册机构(RA)

• 数字证书注册审批机构、认证中心的延申
• RA按照特定政策和管理规范，对用户审查，操作发放证书，撤销证书的操作

RA功能

• 填写/提交用户注册信息
• 审核
• 发送生成证书申请
• 发放证书
• 登记黑名单
• 证书撤销列表管理
• 日志审计
• 安全保证

证书发布库：

1. CA存放/撤销证书的列表
2. 分布式存放
3. LDAP目录服务器支持分布式存放

PKI基本概念

1. 备份和恢复针对加解密钥，无法对签名密钥备份 —— 数字签名，为了不可否认，有事件性要求，不可备份恢复
2. 若公私钥用于数据加密，则CA可对用户私钥备份：用户丢失密钥可以恢复

如何撤销？

1. 周期性发布机制 CRL 证书撤销列表 Certificate Revocation List
2. 在线查询机制 OCSP Online C二体覅擦特Status Protocol

数字证书

用户身份+公钥（被打包好），权威机构CA正式他的身份 —— 机构对身份和公钥打包好的证书进行数字签名 —— 证书有效性

细节

information

1. Subject name 主体名
2. Public Key 公钥
3. Serial Number
4. Valid From/To 有效期
5. Isuer Name 签发名

最终用户联系注册机构(RA),注册机构(RA)联系证书机构(CA)

RA —— 接受、验证用户的注册信息，生成user密钥，接受授权证书撤销请求
CA —— 签发证书

步骤

1. 密钥生成
2. 注册
3. 验证
4. 证书生成

密钥生成

1. 主体生成密钥对，公私钥
   1. 公钥 to RA
   2. 私钥给自己
2. RA给主体用户生成密钥对
   1. 用户的私钥
   2. 用户的公钥

注册

主体写好内容

1. 版本
2. 主题名
3. 公钥
4. 属性
5. 签名算法、前面

私钥加密后发给RA(可能附带其他注册信息和证明)

验证

RA看材料
检查私钥拥有证明 proof of possession

• RA要求用户用私钥对证书的请求签名 —— 进行数字签名。
• RA生成随机数挑战 ： 用户公钥加密 —— 加密后挑战值给用户，用户需要私钥解密。 —— 通过验证
• RA将数字证书用公钥加密，发给user，user用私钥解密得到证书。

生成

• RA把细节给CA
• CA验证后生成数字证书
• CA发给user
• CA的证书目录保留记录

CA签名证书： 详见chapter 9 23

消息摘要字段，除了数字证书的最后一个字段外，其他都经过消息摘要算法变成消息摘要。 然后CA私钥经过数字签名算法得到数字签名 —— 数字签名作为数字证书最后一个字段，保存CA的私钥

数字证书验证：
全部的消息摘要，通过摘要算法变成MD1 —— 这里为啥多了一个signature呢。感觉是不是写错了。。

拿出数字签名（最后一段），CA公钥解密（签名验证算法）得到MD2

对比MD1和MD2，有效接受

如果用户A,B需要验证证书链，则A需要一致验证B的上一层CA,直到验证到他们公共信任的CA//有些根CA不一样，可能还得交叉验证（如美国和日本的根CA）

信任模型

基于X.509的信任模型

1. 通用层次结构 子CA给最终实体——用户，服务器，代码发证书，双向信任
2. 下属层次信任模型 通用层次模型自己，所有用户的公共信任
3. 网状模式 —— 所有根CA之前对等关系课进行交叉任职，任何两个根CA之间安全通信也要交叉认证，可能需要C(2,n)个交叉认证协议
4. 混合信任模型 —— 层次+网状
5. 桥CA —— 交叉认证中心：提供交叉证书，而非证书路径的根（都是同级）
6. 信任链 —— 可信任的根

数字证书的撤销状态检查机制

1. 脱机撤销：
   1. CRL 证书撤销列表
2. 链接撤销状态检查
   1. OCPS 联机证书验证协议
   2. SCVP 简单证书验证协议

OCSP过程

1. 客户机发送Digital certificate，产生OCSP请求询问OCSP服务器，证书是否有效。
2. OCSP相应其查询X.500目录
3. OCSP响应器进行响应

漫游证书

• 原理：用户证书，私钥放于中央服务器
• 用户登录本地系统，从server检索公钥私钥对，放于本地内存
• 内存完成工作后，软件删除本地系统的用户证书、私钥

1. 用户登录 安全服务器
2. 安全服务器通过目录查询 user,pswd,certificate,key file
3. 安全服务器给客户机数字证书，私钥文件

PKI体系 PKIX模型

注册 初始化 认证 密钥对恢复 密钥生成 密钥更新 交叉证书 撤销

包含

1. 操作协议 —— 基础协议
2. 管理协议 —— 支持不同PKI实体
3. 策略大纲 —— 证书策略的文档
4. 时间标注、数据证书服务 —— 前者用于签名消息，后者用于验证数据正确性

拓扑结构 —— 详见page 42
密钥管理（KMC） —— 签发系统 —— 注册系统——证书发布——在线证书状态查询

PKI实例

详见44

核心服务

1. 认证 —— 身份识别和鉴别。 鉴别包括数据来源鉴别，数据来源鉴别
2. 完整性——数据未修改，可以用消息认证码 MAC
3. 保密性

让实体证明他们为所申明的身份

重要数据没有被修改

发送数据只能由接收方读懂

支撑服务

1. 不可否认性
2. 安全时间戳
3. 公证

PMI 授权管理设施

定义：属性证书、属性权威、属性证书框架的集合体。

主题	诠释
属性权威	生成，签发属性证书AC的机构
属性证书	对实体权限绑定。被数字签名的数据结构
属性证书框架	构建权限管理基础设施PMI的基础。支持访问控制等

PMI于PKI关系

	PKI	PMI
证书	PKC公钥	AC属性
颁发者	证书机构	属性机构
接收者	证书主体	证书持有者
绑定	主题名字+公钥	持有者+n个特权属性
撤销	证书撤销列表CRL	属性证书撤销列表ACRL
根	根CA or 信任锚	权威源SOA
子机构	子CA	AA
验证者	可信方	特权验证

总结：PKI证明user是谁并存于公钥证书，PMI证明user能干啥，PMI建立在PKI的可信身份认证服务上，提供交互。以属性证书形式授权

PMI机制

基于Kerberos

1. 软硬件实现，快于非对称密码
2. 不便于密钥管理，单点失败
3. 适用试试事务处理环境的授权管理

策略服务器

1. 高度集中，单点管理
2. 通信瓶颈
3. 适于地理位置集中

属性证书

1. 失败拒绝（优点
2. 性能低
3. 支持不可否认服务