PKI基础及应用

PKI基础及应用

作者：IT168 安全频道 更新时间：2005-11-02 收藏此页

一：PKI基础 PKI(Pubic Key Infrastructure)是一种遵循标准的利用公钥加密技术为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范。用户可利用PKI平台提供的服务进行安全通信。 使用基于公钥技术系统的用户建立安全通信信任机制的基础是：网上进行的任何需要安全服务的通信都是建立在公钥的基础之上的，而与公钥成对的私钥只掌握在他 们与之通信的另一方。这个信任的基础是通过公钥证书的使用来实现的。公钥证书就是一个用户的身份与他所持有的公钥的结合，在结合之前由一个可信任的权威机 构CA来证实用户的身份， 然后由其对该用户身份及对应公钥相结合的证书进行数字签名，以证明其证书的有效性。 　 PKI基础设施采 用证书管理公钥，通过第三方的可信任机构--认证中心，把用户的公钥和用户的其他标识信息捆绑在一起，在Internet网上验证用户的身份。PKI基础 设施把公钥密码和对称密码结合起来，在Internet网上实现密钥的自动管理，保证网上数据的安全传输。 从广义上讲，所有提供公钥加密和数字签名服务的系统，都可叫做PKI系统，PKI的主要目的是通过自动管理密钥和证书，可以为用户建立起一个安全的网络运 行环境，使用户可以在多种应用环境下方便的使用加密和数字签名技术，从而保证网上数据的机密性、完整性、有效性，数据的机密性是指数据在传输过程中，不能 被非授权者偷看；数据的完整性是指数据在传输过程中不能被非法篡改；数据的有效性是指数据不能被否认。一个有效的PKI系统必须是安全的和透明的，用户在 获得加密和数字签名服务时，不需要详细地了解PKI是怎样管理证书和密钥的，一个典型、完整、有效的PKI应用系统至少应具有以下部分： 公钥密码证书管理。 黑名单的发布和管理。 密钥的备份和恢复。 自动更新密钥。 自动管理历史密钥。 支持交叉认证。 由于PKI基础设施是目前比较成熟、完善的Internet网络安全解决方案，国外的一些大的网络安全公司纷纷推出一系列的基于PKI的网络安全产品，如 美国的Verisign, IBM ,加拿大的Entrust、SUN等安全产品供应商为用户提供了一系列的客户端和服务器端的安全产品，为电子商务的发展以及政府办公网、EDI等提供了安 全保证。简言之，PKI(Public Key Infrastructure)公钥基础设施就是提供公钥加密和数字签名服务的系统，目的是为了管理密钥和证书，保证网上数字信息传输的机密性、真实性、 完整性和不可否认性。 二：PKI应用 1．单钥密码算法（加密） 单钥密码算法，又称对称密码算法：是指加密密钥和解密密钥为同一密钥的密码算法。因此，信息的发送者和信息的接收者在进行信息的传输与处理时，必须共同持 有该密码（称为对称密码）。在对称密钥密码算法中,加密运算与解密运算使用同样的密钥。通常,使用的加密算法比较简便高效,密钥简短,破译极其困难；由于 系统的保密性主要取决于密钥的安全性,所以，在公开的计算机网络上安全地传送和保管密钥是一个严峻的问题。　　　　 2．双钥密码算法（加密、签名） 双钥密码算法，又称公钥密码算法：是指加密密钥和解密密钥为两个不同密钥的密码算法。公钥密码算法不同于单钥密码算法，它使用了一对密钥：一个用于加密信 息，另一个则用于解密信息，通信双方无需事先交换密钥就可进行保密通信。其中加密密钥不同于解密密钥,加密密钥公之于众,谁都可以用；解密密钥只有解密人 自己知道。这两个密钥之间存在着相互依存关系：即用其中任一个密钥加密的信息只能用另一个密钥进行解密。若以公钥作为加密密钥，以用户专用密钥（私钥）作 为解密密钥，则可实现多个用户加密的信息只能由一个用户解读；反之，以用户私钥作为加密密钥而以公钥作为解密密钥，则可实现由一个用户加密的信息而多个用 户解读。前者可用于数字加密，后者可用于数字签名。 在通过网络传输信息时，公钥密码算法体现出了单密钥加密算法不可替代的优越性。对于参加电子交易的商户来说，希望通过公开网络与成千上万的客户进行交易。 若使用对称密码，则每个客户都需要由商户直接分配一个密码，并且密码的传输必须通过一个单独的安全通道。相反，在公钥密码算法中，同一个商户只需自己产生 一对密钥，并且将公开钥对外公开。客户只需用商户的公开钥加密信息，就可以保证将信息安全地传送给商户。 公钥密码算法中的密钥依据性质划分，可分为公钥和私钥两种。用户产生一对密钥，将其中的一个向外界公开，称为公钥；另一个则自己保留，称为私钥。凡是获悉 用户公钥的任何人若想向用户传送信息，只需用用户的公钥对信息加密，将信息密文传送给用户便可。因为公钥与私钥之间存在的依存关系，在用户安全保存私钥的 前提下，只有用户本身才能解密该信息，任何未受用户授权的人包括信息的发送者都无法将此信息解密。 3．公开密钥数字签名算法（签名） DSA（Digital Signature Algorithm，数字签名算法，用作数字签名标准的一部分），它是另一种公开密钥算法，它不能用作加密，只用作数字签名。DSA使用公开密钥，为接受 者验证数据的完整性和数据发送者的身份。它也可用于由第三方去确定签名和所签数据的真实性。DSA算法的安全性基于解离散对数的困难性，这类签字标准具有 较大的兼容性和适用性，成为网络安全体系的基本构件之一。 4．数字签名与数字信封 公钥密码体制在实际应用中包含数字签名和数字信封两种方式。 数字签名是指用户用自己的私钥对原始数据的哈希摘要进行加密所得的数据。信息接收者使用信息发送者的公钥对附在原始信息后的数字签名进行解密后获得哈希摘 要，并通过与自己用收到的原始数据产生的哈希哈希摘要对照，便可确信原始信息是否被篡改。这样就保证了数据传输的不可否认性。 哈希算法是一类符合特殊要求的散列函数(Hash)函数，这些特殊要求是: 接受的输入报文数据没有长度限制; 对任何输入报文数据生成固定长度的摘要("数字指纹")输出; 由报文能方便地算出摘要; 难以对指定的摘要生成一个报文,由该报文可以得出指定的摘要; 难以生成两个不同的报文具有相同的摘要。 数字信封的功能类似于普通信封。普通信封在法律的约束下保证只有收信人才能阅读信的内容；数字信封则采用密码技术保证了只有规定的接收人才能阅读信息的内容。 数字信封中采用了单钥密码体制和公钥密码体制。信息发送者首先利用随机产生的对称密码加密信息，再利用接收方的公钥加密对称密码，被公钥加密后的对称密码 被称之为数字信封。在传递信息时，信息接收方要解密信息时，必须先用自己的私钥解密数字信封，得到对称密码，才能利用对称密码解密所得到的信息。这样就保 证了数据传输的真实性和完整性。 5．数字证书 数字证书是各类实体(持卡人/个人、商户/企业、网关/银行等)在网上进行信息交流及商务活动的身份证明，在电子交易的各个环节，交易的各方都需验证对方 证书的有效性，从而解决相互间的信任问题。证书是一个经证书认证中心数字签名的包含公开密钥拥有者信息以及公开密钥的文件。 从证书的用途来看，数字证书可分为签名证书和加密证书。签名证书主要用于对用户信息进行签名，以保证信息的不可否认性；加密证书主要用于对用户传送信息进行加密，以保证信息的真实性和完整性。 简单的说，数字证书是一段包含用户身份信息、用户公钥信息以及身份验证机构数字签名的数据。身份验证机构的数字签名可以确保证书信息的真实性。证书格式及证书内容遵循X.509标准。 数字证书采用公开密钥体制，即利用一对互相匹配的密钥进行加密、解密。每个用户自己设定一把特定的、仅为本人所知的专有密钥（私钥），用它进行解密和签 名；同时设定一把公共密钥（公钥）并由本人公开，用于加密和验证签名。当发送一份保密文件时，发送方使用接收方的公钥对数据加密，而接收方则使用自己的私 钥解密，这样信息就可以安全无误地到达目的地了。通过使用数字证书，使用者可以得到如下保证：信息除发送方和接收方外不被其它人窃取；信息在传输过程中不 被篡改；接收方能够通过数字证书来确认发送方的身份；发送方对于自己的信息不能抵赖；信息自数字签名后到收到为止，未曾作过任何修改，签发的文件是真实文 件。