PKI/CA与证书服务

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PKI

PKI（Public Key Infrastructure）公钥基础设施，是提供公钥加密和数字签名服务的系统或平台，目的是为了管理密钥和证书。一个机构通过采用 PKI 框架管理密钥和证书可以建立一个安全的网络环境。

• 利用公开密钥技术建立的提供信息安全服务的在线基础设施。它利用加密、数字签名、数字证书来保护应用、通信或事务处理的安全。
• 是一个包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，用来实现基于公钥密码体制的密钥和数字证书的产生、管理、存储、分发和撤销等功能。
• 如同电力基础设施为家用电器提供电力一样，PKI为各种应用提供安全保障，提供网络信任基础

PKI的基础技术包括：公钥加密、数字签名、数据完整性机制、数字信封(混合加密)、双重数字签名等

PKI体系能够实现的功能有：

• 身份验证
• 数据完整性
• 数据机密性
• 操作的不可否认性

CA

CA（Certificate Authority，证书颁发机构），是PKI系统的核心。CA的作用包括处理证书申请、 发放证书、 更新证书、 接受最终用户数字证书的查询、撤销产生和发布证书吊销列表（CRL） 数字证书归档 等

CA层次结构

多层次结构，优点

• 管理层次分明，便于集中管理、政策制订和实施
• 提高CA中心的总体性能、减少瓶颈
• 有充分的灵活性和可扩展性
• 有利于保证CA中心的证书验证效率 

RA

RA（Registtaion Authority，证书注册机构），进行证书申请者的身份认证，向CA提交证书申请请求，验证接收到的CA签发的证书，并将之发放给证书申请者，必要时，还协助证书作废。类似于申请身份证的派出所

LDAP目录服务

LDAP(Lightweight Directory Access Protocol)轻量目录访问协议，证书的存储库，提供了证书的保存、修改、删除和获取的能力。CA采用LDAP标准的目录服务存放证书，其作用与数据库相同，优点是在修改操作少的情况下，对于访问的效率比传统数据库要高

CRL证书作废系统

CRL (Certificate Revocation List)：证书撤销列表，也称“证书黑名单”，在证书的有效期期间，因为某种原因（如人员调动、私钥

泄漏等等），导致相应的数字证书内容不再是真实可信。此时，进行证书撤销，说明该证书无效，CRL中列出了被撤销的证书序列号

数字证书

数字证书用于保证密钥的合法性，证书的主体可以是用户、计算机、服务等。证书格式遵循 X.509 标准，数字证书包含： 使用者的公钥、 使用者标识信息（如名称和电子邮件地址） 有效期（证书的有效时间）、 颁发者标识信息 、颁发者的数字签名等。数字证书由权威公正的第三方机构即CA签发。

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证书验证

验证证书的过程是迭代寻找证书链中下一个证书和它相应的上级CA证书。在使用每个证书前，必须检查相应的CRL(对用户来说这种在线的检查是透明的)。用户检查证书的路径是从最后一个证书(即用户已确认可以信任的CA证书)所签发的证书有效性开始，检验每一个证书，一旦验证后，就提取该证书中的公钥，用于检验下一个证书，直到验证完发送者的签名证书，并将该证书中包括的公钥用于验证签名。

• 验证证书链中每一个CA证书
• 上级CA签名的有效性
• 证书有效期
• 是否作废：CRL、OCSP

证书撤销

当PKI中某实体的私钥被泄漏时，泄密私钥对应的公钥证书应被作废。或者如果证书中包含的证书持有者和某组织的关系已经中止，相应的公钥证书也应该被作废。

• 应尽快以电话或书面文件方式通知相应证书的签发CA，在密钥泄漏的情况下，应由泄密私钥的持有者通知CA
• 在关系中止的情况下，由原关系中组织方或相应的安全机构通知相应的RA或CA
• 如果RA得到通知，RA应通知相应的CA
• 一旦请求得到认证，CA在数据库中将该证书标记为已作废，并在下次发布CRL时加入该证书序列号及其作废时间

证书更新

在密钥泄漏的情况下，将产生新的密钥和新的证书；在并未泄漏的情况下，密钥也应该定时更换。

如果CA和其下属的密钥同时到达有效期截止日期，则CA和其下属同时更换密钥，CA用自己的新私钥为下属成员的新公钥签发证

书。

如果CA和其下属的密钥不是同时到达有效期截止日期，当用户的密钥到期后，CA将用它当前的私钥为用户的新公钥签发证书，而到达CA密钥的截止日期时，CA用新私钥为所有用户的当前公钥重新签发证书。

不管哪一种更换方式，PKI中的实体都应该在密钥截止之前取得新密钥对和新证书。在截止日期到达后，PKI中的实体开始使用新

私钥来签名数据，同时应该将旧密钥对和证书归档保存。

PKI系统的构成

完整的PKI系统必须具有 权威认证机构(CA)、证书注册机构(RA)、数字证书库LDAP、密钥备份及恢复系统、证书作废系统CRL、应用接口（API）等基本组成部分，构建 PKI 也将围绕着这五大系统来着手构建

• 权威认证机构（CA）：即数字证书的申请及签发机关，CA必须具备权威性的特征，CA是证书的签发机构,它是PKI的核心
• 证书注册审核系统(RA)：该系统具有证书的申请、审批、下载、OCSP、LDAP等一系列功能，为整个机构体系提供电子认证服务
• 数字证书库LDAP：x.500目录服务器，用于存储已签发的数字证书及公钥，用户可由此获得所需的其他用户的证书及公钥；
• 密钥备份及恢复系统：如果用户丢失了用于解密数据的密钥，则数据将无法被解密，这将造成合法数据丢失。为避免这种情况，PKI提供备份与恢复密钥的机制。但须注意，密钥的备份与恢复必须由可信的机构来完成。并且，密钥备份与恢复只能针对解密密钥，签名私钥为确保其唯一性而不能够作备份。
• 证书作废系统CRL：证书作废处理系统是PKI的一个必备的组件。与日常生活中的各种身份证件一样，证书在有效期以内也可能需要作废，原因可能是密钥介质丢失或用户身份变更等。为实现这一点,PKI必须提供作废证书的一系列机制。
• 应用接口（API）：PKI的价值在于使用户能够方便地使用加密、数字签名等安全服务，因此一个完整的PKI必须提供良好的API应用接口系统，使得各种各样的应用能够以安全、一致、可信的方式与PKI交互，确保安全网络环境的完整性和易用性。

PKI的应用