密钥管理与PKI体系

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PKI基础知识及PKI流程

PKI基础知识及PKI流程PKI是公钥基础设施（Public Key Infrastructure）的缩写，指的是对公钥的管理、认证和分发所需要的系统架构和相关技术。

PKI的基本概念包括公钥、私钥、证书、CA和RA。

公钥和私钥是用于进行加密和解密的密钥对。

公钥可以公开和分发，私钥只能由密钥的持有者保密使用。

公钥和私钥是通过数学算法生成的，保证了信息的安全性。

证书是由证书颁发机构（CA）签发的数字凭据，用于验证公钥的真实性。

证书包含了公钥的信息以及数字签名，确保公钥的真实性和完整性。

CA是负责颁发和管理数字证书的机构。

CA的主要职责包括验证证书申请人的身份、签发数字证书、吊销无效的证书等。

RA（Registration Authority）是CA的助手，负责验证证书申请者的身份信息，并将其发送给CA进行证书申请。

PKI流程如下：1.密钥对生成：用户生成一对公钥和私钥。

2.证书申请：用户向CA申请证书，一般需要提供身份信息和公钥。

4.证书签发：CA使用私钥对用户的公钥及其身份信息进行数字签名，生成证书。

5.证书分发：CA将签发的证书发送给用户。

证书中包含了用户的公钥、身份信息和数字签名。

6.证书验证：用户使用CA的公钥验证证书的真实性和完整性。

7.加密和解密：用户使用对方的公钥进行加密，对方使用私钥进行解密；用户使用自己的私钥对消息进行签名，对方使用用户的公钥进行验证。

8.证书吊销：如果用户的私钥丢失或泄露，可以向CA申请吊销证书，以保证证书的有效性。

PKI的优点在于提供了安全的密钥管理和身份验证机制，确保了通信的保密性、完整性和可信性。

它广泛应用于互联网上的安全通信和电子商务等领域。

密码管理

）能够对其进行检索。存档是指对过了有效期的
密钥进行长期的离线保存，密钥的后运行阶段工
作.
• 密钥托管：为政府机构提供了实施法律授权下的
监听功能.
密钥管理简介
• 密钥更新：在密钥有效期快结束时，如果需要继续使用
该密钥，为保证密钥的安全性，该密钥需要由一个新的密
钥来取代，这就是密钥更新。密钥更新可以通过再生密钥取代原有密钥的方式来实现。
密钥生成
Ri=EDEK1,K2(ViEDEK1,K2(DTi)) Vi+1= EDEK1,K2(RiEDEK1,K2(DTi))
ANSI X9.17

• 密钥建立
密钥管理简介
分配和密钥协商
• 密钥的建立就是使密钥安全到达密钥使用的各实体对象，通常分为密钥
• 密钥存储
• 密钥的安全存储实际上是针对静态密钥的保护
密钥管理简介
• 密钥备份：指密钥处于使用状态时的短期存储，为密钥
的恢复提供密钥源，要求安全方式存储密钥，防止密钥泄
露。
• 密钥恢复：从备份或存档中获取密钥的过程称为密钥恢
复。若密钥丧失但未被泄露，就可以用安全方式从密钥备份中恢复。
密钥管理简介
• 密钥存档：当密钥不再正常时，需要对其进行存
档，以便在某种情况下特别需要时（如解决争议
注入密钥协议
主密钥主密钥
注入
密钥管理方案中的最高级密钥，用于对二级密钥进行保护。主密钥的生存周期很长
密钥协议
密钥加密密钥密钥加密密钥
密钥协议
会话密钥
会话密钥
1 用于保护初级密钥 2 不能以明文形式保存
明文
明文
加密
密文
密文
解密

信息安全中的PKI体系设计与实现

信息安全中的PKI体系设计与实现PKI体系是公钥基础设施的缩写，在数字证书领域中应用十分广泛。

PKI体系作为一种保护数字证书及其相关信息的聚合机制，对于信息安全起到了至关重要的作用。

本文将探讨在信息安全领域中PKI体系的设计和实现方法，以期让读者更深入了解PKI体系的原理和应用，从而更好地保护电子商务、电子政务等活动中所涉及的各种信息，确保网络安全。

一、PKI体系简介PKI体系是一种复杂的技术体系，包括了数字证书的认证、签名、验证等多种功能。

它主要由证书管理中心(CA)、数字证书、协议等因素组成。

CA是PKI体系中最重要的组成部分，它可以负责数字证书的颁发、失效、更新等多个方面的信息。

由于CA有其自身的证书机构，因此可以保证数字证书的真实、有效性。

数字证书和协议方面是PKI体系的重要支柱，后续章节将会详细展开。

二、PKI体系的设计与实现PKI体系的设计与实现是一个复杂的过程，需要考虑到安全性、高效性、可扩展性等多个方面的因素。

下面将从数字证书、密钥管理、证书颁发、协议等方面逐一探讨。

1. 数字证书数字证书是PKI体系的核心，它用于验证用户、设备的身份信息和保障通讯的安全。

数字证书一般包含证书序列号、证书颁发者信息、证书持有人信息等，有时还会包含证书有效期等信息。

设计数字证书时需要考虑以下因素：（1）证书的安全性：数字证书需要通过多级加密算法进行保护，以免遭受黑客的攻击。

（2）证书的可扩展性：数字证书需要具有可扩展性，以便对新的需求进行快速适应。

（3）证书的规范性：数字证书需要满足标准，以确保其在各种领域均可以得到广泛的应用。

2. 密钥管理密钥管理是PKI体系中最为关键的环节之一，其保证了数字证书的安全性和合法性。

需要设计对密钥进行分层管理，以确保密钥的安全。

在设计时需要考虑以下因素：（1）密钥的生成：需要保证密钥的随机性和唯一性，以确保攻击的难度。

（2）密钥的保管：需要将密钥安全地储存和传输，以确保密钥的不泄露。

什么是WPKI？

什么是WPKI？什么是WPKI？PKI(PublicKeyInfrastructure)即公开密钥体系，简单地说，PKI 技术就是利用公钥理论和技术建立的提供信息安全服务的基础设施，它是国际公认的互联网电子商务的安全认证机制，它利用现代密码学中的公钥密码技术在开放的Internet网络环境中提供数据加密以及数字签名服务的统一的技术框架。

公钥是目前应用最广泛的一种加密体制，在这一体系中，加密密钥与解密密钥各不相同，发送信息的人利用接收者的公钥发送加密信息，接收者再利用自己专有的私钥进行解密。

这种方式既保证了信息的机密性，又能保证信息具有不可抵赖性。

目前，公钥体系广泛地用于CA认证、数字签名和密钥交换等领域。

WPKI即“无线公开密钥体系”，它是将互联网电子商务中PKI(PublicKeyInfrastrcture)安全机制引入到无线网络环境中的一套遵循既定标准的密钥及证书管理平台体系，用它来管理在移动网络环境中使用的公开密钥和数字证书，有效建立安全和值得信赖的无线网络环境。

WPKI并不是一个全新的PKI标准，它是传统的PKI技术应用于无线环境的优化扩展。

它采用了优化的ECC椭圆曲线加密和压缩的X.509数字证书。

它同样采用证书管理公钥，通过第三方的可信任机构——认证中心(CA)验证用户的身份，从而实现信息的安全传输。

目前，WPKI正处于进行产品开发和大力培育市场的时期，国内外对WPKI技术的研究与应用正处于不断的探索之中，由于一些条件和因素的限制，WPKI技术的进展相对比较缓慢，离真正的普及应用可能还会有一段相当长的距离。

展望未来，随着手机普及率的升高和移动商务服务的多样化，作为无线网络通信中交易环境的守护神，WPKI的市场应用会有很大的发展潜力，其技术会进一步成熟和完善。

PKI体系

PKI体系公钥基础设施PKI技术与应用发展公钥基础设施PKI技术与应用发展一、概述PKI是“Public Key Infrastructure”的缩写，意为“公钥基础设施”。

简单地说，PKI技术就是利用公钥理论和技术建立的提供信息安全服务的基础设施。

公钥体制是目前应用最广泛的一种加密体制，在这一体制中，加密密钥与解密密钥各不相同，发送信息的人利用接收者的公钥发送加密信息，接收者再利用自己专有的私钥进行解密。

这种方式既保证了信息的机密性，又能保证信息具有不可抵赖性。

目前，公钥体制广泛地用于CA认证、数字签名和密钥交换等领域。

PKI似乎可以解决绝大多数网络安全问题，并初步形成了一套完整的解决方案，它是基于公开密钥理论和技术建立起来的安全体系，是提供信息安全服务的具有普适性的安全基础设施。

该体系在统一的安全认证标准和规范基础上提供在线身份认证，是CA认证、数字证书、数字签名以及相关安全应用组件模块的集合。

作为一种技术体系，PKI 可以作为支持认证、完整性、机密性和不可否认性的技术基础，从技术上解决网上身份认证、信息完整性和抗抵赖等安全问题，为网络应用提供可靠的安全保障。

但PKI绝不仅仅涉及到技术层面的问题，还涉及到电子政务、电子商务以及国家信息化的整体发展战略等多层面问题。

PKI作为国家信息化的基础设施，是相关技术、应用、组织、规范和法律法规的总和，是一个宏观体系，其本身就体现了强大的国家实力。

PKI的核心是要解决信息网络空间中的信任问题，确定信息网络空间中各种经济、军事和管理行为主体（包括组织和个人）身份的惟一性、真实性和合法性，保护信息网络空间中各种主体的安全利益。

公钥基础设施(PKI)是信息安全基础设施的一个重要组成部分，是一种普遍适用的网络安全基础设施。

PKI是20世纪80年代由美国学者提出来了的概念，实际上，授权管理基础设施、可信时间戳服务系统、安全保密管理系统、统一的安全电子政务平台等的构筑都离不开它的支持。

pki基本概念

PKI（Public Key Infrastructure ）即"公钥基础设施"，是一种遵循既定标准的密钥管理平台,它能够为所有网络应用提供加密和数字签名等密码服务及所必需的密钥和证书管理体系，简单来说，PKI就是利用公钥理论和技术建立的提供安全服务的基础设施。

PKI技术是信息安全技术的核心，也是电子商务的关键和基础技术。

PKI的基础技术包括加密、数字签名、数据完整性机制、数字信封、双重数字签名等。

PKI综述PKI是Public Key Infrastructure的缩写，是指用公钥概念和技术来实施和提供安全服务的具有普适性的安全基础设施。

这个定义涵盖的内容比较宽，是一个被很多人接受的概念。

这个定义说明，任何以公钥技术为基础的安全基础设施都是PKI。

当然，没有好的非对称算法和好的密钥管理就不可能提供完善的安全服务，也就不能叫做PKI。

也就是说，该定义中已经隐含了必须具有的密钥管理功能。

X.509标准中，为了区别于权限管理基础设施(Privilege Management Infrastructure，简称PMI)，将PKI定义为支持公开密钥管理并能支持认证、加密、完整性和可追究性服务的基础设施]。

这个概念与第一个概念相比，不仅仅叙述PKI能提供的安全服务，更强调PKI 必须支持公开密钥的管理。

也就是说，仅仅使用公钥技术还不能叫做PKI，还应该提供公开密钥的管理。

因为PMI仅仅使用公钥技术但并不管理公开密钥，所以，PMI就可以单独进行描述了而不至于跟公钥证书等概念混淆。

X.509中从概念上分清PKI和PMI有利于标准的叙述。

然而，由于PMI使用了公钥技术，PMI的使用和建立必须先有PKI的密钥管理支持。

也就是说，PMI不得不把自己与PKI绑定在一起。

当我们把两者合二为一时，PMI+PKI 就完全落在X.509标准定义的PKI范畴内。

根据X.509的定义，PMI+PKI仍旧可以叫做PKI，而PMI完全可以看成PKI的一个部分。

密钥管理系统

密钥管理系统现代社会中，信息安全已经成为一个不可忽视的问题。

在信息传输和存储过程中，密钥扮演着重要的角色。

密钥管理系统在加密通信、数字签名、身份认证等领域发挥着至关重要的作用。

本文将对密钥管理系统进行探讨，并介绍其基本原理、常见的应用场景和相关技术。

一、基本原理密钥管理系统是指管理和保护密钥的一系列措施和流程。

它的基本原理包括密钥生成、密钥分发、密钥存储和密钥更新。

密钥生成是指根据特定算法生成密钥对或密钥链。

密钥分发是将生成的密钥分发给合法的使用者，通常采用安全通道进行传输。

密钥存储是将密钥妥善保存，并限制非授权访问。

密钥更新是在密钥使用过程中，定期更换密钥以提高系统的安全性。

二、应用场景1. 数据加密密钥管理系统广泛应用于数据加密领域。

在网络通信中，对敏感数据进行加密是保护数据安全的一种重要手段。

通过密钥管理系统，接收方可以获得解密所需的密钥，在保证通信安全性的同时，实现数据的机密性和完整性。

2. 数字签名数字签名是确认数据来源和完整性的一种安全机制。

密钥管理系统用于生成和管理数字签名所需的公钥和私钥。

发送方使用私钥对数据进行签名，接收方使用公钥验证签名的有效性。

通过密钥管理系统，可以确保数字签名的安全性，防止伪造和篡改。

3. 身份认证密钥管理系统在身份认证方面也发挥着重要作用。

通过生成和管理公私钥对，可实现安全的身份认证。

例如，在电子商务中，客户使用私钥加密订单信息，服务提供商使用公钥进行解密和认证。

三、相关技术1. 公钥基础设施（PKI）公钥基础设施是密钥管理系统的重要组成部分。

它包括证书颁发机构、数字证书、证书撤销列表等。

PKI通过建立信任链，提供了可靠的密钥管理和身份认证机制。

2. 双因素认证双因素认证是一种提高安全性的措施，要求用户同时提供两种不同的认证因素，例如密码和指纹。

密钥管理系统可以配合双因素认证实现更高级别的身份验证。

3. 密钥分割密钥分割技术将密钥分成多个部分，并分发给多个参与方，只有当多个部分齐聚时才能还原密钥。

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电子商务信息安全技术密钥管理与PKI体系
曹健
密钥管理与PKI体系
•密钥的结构与分配
•数字证书
•公钥基础设施
密钥的结构与分配
传输介质
（网络信道）
解密算法明文解密密钥K d
明文加密算法加密密钥K e 密文
用户A 用户B 传送给B 的信息
B 收到信息入侵者C
攻击密码分析
密钥的结构与分配
数据安全基于密钥而不是算法的保密
密钥的结构与分配
从密钥管理的途径窃取秘密要比单
纯的破译所花的代价要小得多。

最易渗透原则（Principle of Easiest Penetration ）：一个入侵者总是企图利用任何可能的入侵手段。

这种入侵没必要通过显而易见的手段，也没有必要针对安装有最可靠的防御系统。

威胁（threat ）、弱点（vulnerability ）、控制（control ）
密钥的结构与分配
短板效应/木桶定律(Buckets effect / Cannikin Law ）:一个木桶由许多块木板组成，其最大容量并不取决于桶壁上最长的那块木板，而恰恰受制于桶壁上最短的那块木板。

密钥的结构与分配
•密钥管理是处理密钥自产生到最终销毁的整个过程中的有关问题。

包括了密钥的产生、存储、分配、组织、使用、更换和销毁等内容。

•密钥管理的具体要求：
（1）密钥难以被非法窃取；
（2）在一定条件下窃取了密钥也没用；
（3）密钥的分配和更换过程对用户透明，用户不一定要亲自掌握密钥。

密钥的结构与分配
密钥的分级
•初级密钥（工作密钥）
用于加解密数据的密钥。

•二级密钥（密钥加密密钥）
用于保护初级密钥。

•主密钥（密钥加密密钥）
密钥管理方案中的最高级密钥，用于对二级密钥进行保护。

密钥的结构与分配
密钥的产生
•对称密码体制
密钥本质上是一种随机数或随机序列。

比如，对
于主密钥，应当是高质量的真随机序列；而对于
初级密钥，采用足够随机的伪随机序列就可以了。

•非对称密码体制
本质上是一种单向陷门函数，建立在某一数学难
题之上。

比如，RSA加密体制就是基于数论中的
“大数分解和素数检测”理论
密钥的结构与分配
密钥的存储
•明文形态
主密钥以明文形式存储，存储器必须是高度安全的，通常存储在专用密码装置中。

•密文形态
二级密钥的和初级密钥以密文形式存储。

•分量形态
密码共享（门限法）
密钥的结构与分配
密钥的存储
•秘密共享（门限法）：
将密钥K分成n个小片，由任意t（t>1）个小片可
以得到K，但少于t片就会因为信息短缺而不能确定K。

实质是一种分割秘密的技术，目的是阻止
秘密过于集中，达到分散风险和容忍入侵的目的。

密钥的结构与分配
密钥的分配
密钥分配中心（Key Distribution Center, KDC）：（1）每个节点或用户名需保管与KDC之间使用的密
钥加密密钥；
（2）KDC为每个用户保存互不相同的密钥加密密钥。

（3）用户通信时，向KDC申请，KDC把用密钥加密密钥加密的工作密钥发送给通讯双方。

优点：用户不须保存密钥，工作密钥一次一换，随用随申请、随清洗。

缺点：通信量大。

密钥的结构与分配
密钥的分配
•基于对称密码的密钥分配
密钥的结构与分配
密钥的分配
•公钥的分配
–公开发布
用户将自己的公钥发给所有
其他用户或向某一团体广播。

–公钥动态目录表
目录表的建立、维护以及公钥的分布
由可信的实体和组织承担。

–数字证书（公钥证书）
A
KU a
KU a
……
KU a
KU a
B
KU b
KU b
……
KU b
KU b
公钥目录
A
KU a
B
KU b
数字证书
数字证书
主体身份信息
主体的公钥
颁发者名称
其他信息
颁发者签名
驾驶证
驾驶员身份信息
执照种类（驾驶
能力）
公安局名称
其他信息
公安局盖章
数字证书
数字证书的产生过程
颁发者的计算机用户的计算机
产生密钥
姓名
私钥
公钥
颁发者公钥
颁发者私钥
数字签名
数字证书
数字证书
数字证书
数字证书
数字证书是将证书持有者的身份和其所拥有的公钥进行绑定的文件。

证书文件还包含签发该证书的权威机构认证中心CA （Certificate Authority）对该证书的签名。

用户通过数字证书交换各自公钥，
无须与公钥管理机构联系。

数字证书
数字证书方法满足的条件
–任何通信方可以读取证书并确定证书拥有者的姓名和公钥。

–任何通信方可以验证该证书出自证书管理员，而不是伪造的。

–只有证书管理员才可以产生并更新证书。

–任何通信方可以验证证书的当前性。

数字证书
X.509数字证书
–现实中有各种各样的数字证书，如PGP、SET、IPSec。

–目前应用最广泛的证书格式是国际电信联盟
ITU提出的X.509版本3。

–X.509最早于1988年颁布，1993年和1995年两次修改。

–Internet工程任务组针对X.509在Internet环境的
应用，颁布了一个作为X.509自己的RFC2459。

数字证书
X.509证书的格式和内容
证书格式版本：版本1、版本2或者版本3
证书序列号：本证书的唯一标识
签名算法标识符：本证书使用的数字签名算法
发证者的名称：证书颁发者的可识别名
有效期：证书有效的时间段
主体名称：证书拥有者的可识别名（非空）
主体公钥信息：申请者公钥以及公钥算法信息。

发证者唯一标识符：可选字段，很少使用
主体唯一标识符：可选字段，很少使用
扩展项：密钥和主体的附加属性说明
CA签名：CA对证书的数字签名
公钥基础设施
公钥基础设施（Public Key Infrastructure, PKI）PKI就是创建、管理、存储、分发和撤销基于公钥密码学的公钥证书的方法和策略，以及实现上述方法和策略所需人力、软件和硬件资源的集合。

•PKI提供的核心的安全服务
认证、完整性、机密性
•PKI提供的附加服务
不可否认性、安全通信、安全时间戳、公证
公钥基础设施
证
书
库
密钥
服务器证书颁发机构CA 注册认证
机构RA
PKI 基本组件PKI 系统模型
公钥基础设施
证书权威CA （Certificate Authority）
–即证书管理中心，或称认证权威，是公钥证书
的发行机构。

–CA对公钥进行公证，证明公钥主人身份与公钥的关系（CA用自己的私钥对证书签名）。

–CA可以为用户产生密钥对。

–CA也给自己颁发证书。

公钥基础设施
注册中心RA（Registration Authority）
–专门负责受理用户申请证书。

–对证书申请人的合法性进行认证，并决定是批准或拒绝证书申请，不负责签发证书。

–接收和授权密钥备份和恢复请求。

–接收和授权证书吊销请求。

公钥基础设施
数字证书的签发流程
–用户向CA提交RA的注册批准信息及自己的身份等信息(或者由RA向CA提供)
–CA验证所提交信息的正确性和真实性
–CA为用户产生密钥(或由用户自己产生并提供密钥)，并进行备份
–CA生成证书，并施加签名
–将证书的一个副本交给用户，并存档入库
公钥基础设施
PKI的信任模型
证书用户、证书主体、各个CA之间的证书认证关系称为PKI的信任模型。

–各个国家都建立自己的PKI，一个国家内部再
分别建立不同行业或不同地区的PKI。

–为了实现跨地区、跨行业，甚至跨国际的安全
电子业务，这些不同的PKI之间的互联互通和
相互信任是不可避免的。

公钥基础设施
严格层次信任模型
子CA22
根CA
子CA1子CA2
子CA11子CA12子CA13子CA21
用户11用户12用户13用户21用户22
公钥基础设施
Web信任模型
浏览器厂商在浏览器中内置了多个根CA，它们相互间是平行的，默认为用户信任。

公钥基础设施以用户为中心的信任模型
用户A
A的朋友
A的同事A的父亲
A的哥哥
A哥哥的
朋友
A父亲的
朋友
公钥基础设施
交叉认证信任模型
交叉认证是指两个CA互相为对方的公钥进行数字签名，形成交叉认证证书，使得各自签发的用户证书可以被对方的用户正确校验。

根CA根CA
用户A用户B用户C用户D
互相认证
互相信任
习题
✓简述密钥分配中心的实现原理和特点。

✓什么是PKI系统，它有哪些基本组成部分和信任模型？
✓什么是数字证书？请简述数字证书签发的基本流程。