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公钥基础设施 PKI 技术与应用发展

点击数:48452010-05-08 16:34:24 来源: 中国数字证书

三.PKI的标准及体系结构


一)PKI的标准

从整个PKI体系建立与发展的历程来看,与PKI相关的标准主要包括以下一些:

1、X.209(1988)ASN.1基本编码规则的规范

ASN.1是描述在网络上传输信息格式的标准方法。它有两部分:第一部份(ISO 8824/ITU X.208)描述信息内的数据、数据类型及序列格式,也就是数据的语法;第二部分(ISO 8825/ITU X.209)描述如何将各部分数据组成消息,也就是数据的基本编码规则。

ASN.1原来是作为X.409的一部分而开发的,后来才独立地成为一个标准。这两个协议除了在PKI体系中被应用外,还被广泛应用于通信和计算机的其他领域。

2、X.500(1993)信息技术之开放系统互联:概念、模型及服务简述

X.500是一套已经被国际标准化组织(ISO)接受的目录服务系统标准,它定义了一个机构如何在全局范围内共享其名字和与之相关的对象。X.500是层次性的,其中的管理性域(机构、分支、部门和工作组)可以提供这些域内的用户和资源信息。在PKI体系中,X.500被用来惟一标识一个实体,该实体可以是机构、组织、个人或一台服务器。X.500被认为是实现目录服务的最佳途径,但X.500的实现需要较大的投资,并且比其他方式速度慢;而其优势具有信息模型、多功能和开放性。

3、X.509(1993)信息技术之开放系统互联:鉴别框架

X.509是由国际电信联盟(ITU-T)制定的数字证书标准。在X.500确保用户名称惟一性的基础上,X.509为X.500用户名称提供了通信实体的鉴别机制,并规定了实体鉴别过程中广泛适用的证书语法和数据接口。

X.509的最初版本公布于1988年。X.509证书由用户公共密钥和用户标识符组成。此外还包括版本号、证书序列号、CA标识符、签名算法标识、签发者名称、证书有效期等信息。这一标准的最新版本是X.509 v3,它定义了包含扩展信息的数字证书。该版数字证书提供了一个扩展信息字段,用来提供更多的灵活性及特殊应用环境下所需的信息传送。

4、PKCS系列标准

由RSA实验室制订的PKCS系列标准,是一套针对PKI体系的加解密、签名、密钥交换、分发格式及行为标准,该标准目前已经成为PKI体系中不可缺少的一部分。

5、OCSP在线证书状态协议

OCSP(Online Certificate Status Protocol)是IETF颁布的用于检查数字证书在某一交易时刻是否仍然有效的标准。该标准提供给PKI用户一条方便快捷的数字证书状态查询通道,使 PKI体系能够更有效、更安全地在各个领域中被广泛应用。

6、LDAP 轻量级目录访问协议

LDAP规范(RFC1487)简化了笨重的X.500目录访问协议,并且在功能性、数据表示、编码和传输方面都进行了相应的修改。1997年,LDAP 第3版本成为互联网标准。目前,LDAP v3已经在PKI体系中被广泛应用于证书信息发布、CRL信息发布、CA政策以及与信息发布相关的各个方面。

除了以上协议外,还有一些构建在PKI体系上的应用协议,这些协议是PKI体系在应用和普及化方面的代表作,包括SET协议和SSL协议。 目前PKI体系中已经包含了众多的标准和标准协议,由于PKI技术的不断进步和完善,以及其应用的不断普及,将来还会有更多的标准和协议加入。

(二) PKI的体系结构

一个标准的PKI域必须具备以下主要内容:

1、 认证机构CA(Certificate Authority)

CA是PKI的核心执行机构,是PKI的主要组成部分,业界人士通常称它为认证中心。从广义上讲,认证中心还应该包括证书申请注册机构 RA(Registration Authority),它是数字证书的申请注册、证书签发和管理机构,如GeoTrust。

CA的主要职责包括:

(1) 验证并标识证书申请者的身份。对证书申请者的信用度、申请证书的目的、身份的真实可靠性等问题进行审查,确保证书与身份绑定的正确性。

(2) 确保CA用于签名证书的非对称密钥的质量和安全性。为了防止被破译,CA用于签名的私钥长度必须足够长并且私钥必须由硬件卡产生,私钥不出卡。

(3) 管理证书信息资料。管理证书序号和CA标识,确保证书主体标识的惟一性,防止证书主体名字的重复。在证书使用中确定并检查证书的有效期,保证不使用过期或已作废的证书,确保网上交易的安全。发布和维护作废证书列表(CRL),因某种原因证书要作废,就必须将其作为“黑名单”发布在证书作废列表中,以供交易时在线查询,防止交易风险。

由此可见,CA是保证电子商务、电子政务、网上银行、网上证券等交易的权威性、可信任性和公正性的第三方机构。

2、 证书和证书库

证书是数字证书或电子证书的简称,它符合X.509标准,是网上实体身份的证明。证书是由具备权威性、可信任性和公正性的第三方机构签发的,因此,它是权威性的电子文档。

证书库是CA颁发证书和撤消证书的集中存放地,它像网上的“白页”一样,是网上的公共信息库,可供公众进行开放式查询。一般来说,查询的目的有两个:其一是想得到与之通信实体的公钥;其二是要验证通信对方的证书是否已进入 “黑名单”。证书库支持分布式存放,即可以采用数据库镜像技术,将CA签发的证书中与本组织有关的证书和证书撤消列表存放到本地,以提高证书的查询效率,减少向总目录查询的瓶颈。

3、 密钥备份及恢复

密钥备份及恢复是密钥管理的主要内容,用户由于某些原因将解密数据的密钥丢失,从而使已被加密的密文无法解开。为避免这种情况的发生,PKI提供了密钥备份与密钥恢复机制:当用户证书生成时,加密密钥即被CA备份存储;当需要恢复时,用户只需向CA提出申请,CA就会为用户自动进行恢复。
请注意:为了保护用户的个人隐私和机密信息,用户在向GeoTrust申请服务器SSL证书和单位数字证书时,GeoTrust不会要求用户提交私钥,当然也就谈不上为用户备份加密密钥了,请GeoTrust(WoTrust)用户自己保管和备份好自己的私钥。

4、 密钥和证书的更新

一个证书的有效期是有限的,这种规定在理论上是基于当前非对称算法和密钥长度的可破译性分析;在实际应用中是由于长期使用同一个密钥有被破译的危险,因此,为了保证安全,证书和密钥必须有一定的更换频度。为此,PKI对已发的证书必须有一个更换措施,这个过程称为“密钥更新或证书更新”。

证书更新一般由PKI系统自动完成,不需要用户干预。即在用户使用证书的过程中,PKI也会自动到目录服务器中检查证书的有效期,当有效期结束之前,PKI/CA会自动启动更新程序,生成一个新证书来代替旧证书。

5、证书历史档案

从以上密钥更新的过程,我们不难看出,经过一段时间后,每一个用户都会形成多个旧证书和至少一个当前新证书。这一系列旧证书和相应的私钥就组成了用户密钥和证书的历史档案。记录整个密钥历史是非常重要的。例如,某用户几年前用自己的公钥加密的数据或者其他人用自己的公钥加密的数据无法用现在的私钥解密,那么该用户就必须从他的密钥历史档案中,查找到几年前的私钥来解密数据。

6、客户端软件

为方便客户操作,解决PKI的应用问题,在客户端装有客户端软件,以实现数字签名、加密传输数据等功能。此外,客户端软件还负责在认证过程中,查询证书和相关证书的撤消信息以及进行证书路径处理、对特定文档提供时间戳请求等。

7、交叉认证

交叉认证就是多个PKI域之间实现互操作。交叉认证实现的方法有多种:一种方法是桥接CA,即用一个第三方CA作为桥,将多个CA连接起来,成为一个可信任的统一体;另一种方法是多个CA的根CA(RCA)互相签发根证书,这样当不同PKI域中的终端用户沿着不同的认证链检验认证到根时,就能达到互相信任的目的。