第4讲：PKI信任模型

– 双向交叉认证
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交叉认证（2）
交叉认证可以分为
– – 域内交叉认证：如果两个CA属于相同的域 域间交叉认证：如果两个CA属于不同的域(例 如，当在一家公司中的CA认证了在另一家公 司中的CA) 。 名字约束 路径长度约束 策略约束
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交叉认证的约束
– – –
交叉认证（3）
不同的交叉认证信任模型
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4.1 层次结构信任模型
对于一个大规模全局性PKI体系而言，签发证书的工作不能仅仅由 一个CA来完成 以各个域的集中控制为基础，可以建立层次结构的CA体系。 这种模型不适合缺少集中管理域的完全分布环境下的网络应用。
根CA
中间CA
CA层次结构
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CA层次结构
把一个由最终实体组成的庞大团体中的各 个成员，通过可接受的简短路径来跟一小 部分可信任的根认证机构联系起来； 通过其中的每条路径可以通往一系列可信 任的认证机构； 数学图论中的树型结构或称为层次型结构 恰好为我们提供了解决这一问题的最佳方 法。
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混合结构信任模型
混合结构中，局部仍可体现出层次型结构。 不是所有的根CA之间都进行直接的交叉认证。
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桥认证结构
通过在Bridge认证机构和每一个领域的主要认证 机构之间建立交叉认证，来对等连接各信任领域 PKI。 Bridge CA认证机构并不作为根认证机构，所以没 有增加新的认证路径。 借助这样的结构体系就可以通过Bridge认证机构 来实现交叉认证，而不是进行相互之间的认证。 任何两个通过Bridge进行交叉认证的通信方都可 以建立起可信任的路径。
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交叉认证路径构造
路径构造可能是非常复杂和耗时的操作， 尤其是在包括许多交叉认证的时候。
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4.3 以用户为中心的信任模型
以用户为中心的信任模型，每个用户自己决定信 任哪些证书。通常，用户最初信任对象包括用户 的朋友、家人或同事，但是否信任某证书则被许 多因素所左右。 例子：PGP中信任模型 因为对用户行为和决策的依赖，以用户为中心的 模型在公司、金融或政府环境下是不合适的。
– – – – 由z为X签发的证书(证书用户固有地相信z的公钥)； 由x为Q签发的证书； 由Q为A签发的证书； 由A为最终实体a签发的证书。
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树层次结构（3）
在使用任何认证路径时，证书用户必须相 信该认证路径上的每一个认证机构都已经 履行了忠实义务，并且已经采取了适当的 防范措施，以保证排除那些自称是来自认 证机构的伪造的认证证书。 在这个树型模型里，所有的参与方都必须 承诺恪守PKI社团所公认的行为准则。
在建立森林型结构中可信任的根节点时可 以有各种机制，这些机制主要有：
– 直接由用户控制： 用户在使用证书应用系统 时，可以自行决定可信任的根认证机构； – 直接由领域控制： 某些领域的管理员会强令 该领域内的所有证书使用系统(如浏览器或邮 件客户机)接受一批特定的可信任根认证机构。
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通用模式
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PKI体系的互通性
三种方式----交叉认证方式
相对独立 单向 双向 类似上级CA
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PKI体系的互通性
三种方式-----全球统一根CA方式
联合国形式 加拿大
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PKI体系的互通性
三种方式----桥CA方式
联盟形式 EMV 银联 Identrus 日本 美国
桥CA
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交叉认证的测试与实施（一）
问题：证书链如何获得？
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证书链的验证示例
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认证路径举例
Bob
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证书路径验证举例
Bob 要验证Nola 的证书。
– – – – Nola的证书是证书机构C颁发的； 证书机构C的证书是证书机构B颁发的; 证书机构B的证书是证书机构A颁发的; Bob拥有证书机构A的公钥，可以验证证书机 构A颁发的证书；
建立桥式CA应该考虑的因素：
– – – – – – PKI标准的兼容性 国内已建CA的模式和相关技术 PKI交叉认证政策和相关法规 PKI交叉认证目录机制的研究 PKI交叉认证实施的经费 PKI交叉认证技术的测试
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交叉认证的测试与实施（二）
第一阶段：计划阶段
提出需求 评估需求 决定需求
第二阶段：评估阶段 检查已建CA的认证政策和策略 进行已建CA的互通性试验研究和测试 评估已建CA的安全体系和政策符合程度
通用模式—寻找认证路径
在寻找认证路径过程中，我们需要两种信 息检索服务：
1. 已知认证机构的名称，通过检索找到其他认 证机构为该认证机构的公钥签发的认证证 书； 2. 已知认证机构的名称，通过检索找到该认证 机构为其他认证机构的公钥签发的认证证书。
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通用模式—寻找认证路径
就第一种检索服务而言，我们可以通过倒推法， 找到一条从目标客户到一个最终可信任密钥的认 证路径，具体步骤如下：
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Federal Bridge认证机构
该项目只是代表了把现有的PKI连接起来组 成一个更大的结构体系的一个严肃的初步 尝试。 不过由于受到一些条件的限制(如不同领域 的政策一致性问题，它们在现实时往往会 有问题)，该方案仅仅是理论上行得通。 目前大多数的商业产品都是设计成只能在 层次型结构和森林树型结构模型中使用。
– 信任难以度量，总是与风险联系在一起
可信CA
– 如果一个个体假设CA能够建立并维持一个准 确的“个体-公钥属性”之间的绑定，则他可以 信任该CA，该CA为可信CA
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CA的组织结构
为了使用某个异地通信方的公钥，证书依赖方(使 用方)必须找到一条有效的完整的认证路径，将公 钥从一个或多个认证机构传送到可信任的根认证 机构——证书依赖方持有该CA的公钥并信任该 CA。 在建立庞大的可缩放的PKI过程中，一个主要的挑 战就是如何使寻找有效认证路径的过程变得简单、 方便和高效。 这在很大程度上要依赖于构造CA间结构关系的规 则或协定，因为借助CA间的结构关系，才能使得 一些认证机构能够验证其他认证机构的身份。
– 步骤1 已知一个由认证机构X签发的证书，据此找到为 X的公钥签发证书的另一 些认证机构; – 步骤2 如果步骤1中找到的一个认证机构被确认为是 最终可信任者，那我们就找到了要找的认证路径；否 则，进行第3步。 – 步骤3 对从步骤1中找到的认证机构重复执行步骤1的 过程，并把那个认证机构当作认证机构X。
– 树型层次结构 – 森林型层次结构
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树层次结构（1）
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树层次结构（2）
所有的认证路径都是从根认证机构z开始； 证书用户必须把根认证机构作为其唯一最终可信任 者，换言之，他们必须持有根认证机构公钥的可靠副 本，并且通过独立的途径使其生效。 寻找一条通向任一个最终实体的认证路径是很容易 的，比如任何证书用户都可以通过使用一个由4份证 书所组成的认证路径来取得a公钥的有效副本：
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以用户为中心的信任模型示例：PGP
在著名的安全软件程序Pretty Good Privacy（PGP）中，一 个用户通过担当CA（签署其他实体的公钥证书）和使他的公 钥被其他人所认证来建立（或参加）所谓的“Web of Trust”。
例如，当Alice 收到一个据称属于Bob的证书时，她将发现这个证书是 由她不认识的David签署的，但是 David的证书是由她认识并且信任的 Catherine签署的。在这种情况下，Alice可以决定信任Bob的密钥，也 可以决定不信任Bob的密钥。
Web可信列表结构在方便性和简单的互操作性方面有明 显的优势。 这种模型中，许多CA的公钥被预装在正在被使用的标准 浏览器上。 这些CA并不被浏览器厂商的根所认证，而是物理地嵌入 软件来发布，作为对CA名字和它的密钥的安全绑定。 浏览器的用户自动地信任预安装的所有CA，如果这些 CA中有一个是“坏”的，安全性将完全被破坏。 没有实用的机制来及时有效地撤销嵌入到浏览器中的CA 根密钥。 不支持交叉认证。 不能自动进行证书路径查找和验证。
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Federal Bridge认证机构
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Federal Bridge认证机构
美国政府的Federal Bridge认证机构是完全 按照通用的PKI结构模型而做的一个试验。 这样做的目的是为那些由不同的联邦部门 与机构以及那些可能是非政府实体独自建 立和运营的公共密钥体系的互用性提供一 个基础。 Bridge认证机构由联邦政府管理机构来运 行，联邦政策管理机构也需要与Bridge认证 机构建立交叉认证。
– – – – – 子层次型结构 网状交叉认证结构 混合结构 桥认证结构 信任列表
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子层次型交叉认证信任模型
:CA ：最终用户
PKI中的CA关系控制了PKI的可扩展性。
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网状交叉认证信任模型
网状型：相互独立的CA之间可以交叉认 证，从而形成CA之间的信任关系网络。 网状配置中，所有的根CA之间都可以进行 交叉认证。
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交叉认证的测试与实施（三）
第三阶段：BCA建立阶段
交叉认证基础技术研究储备 建立BCA的技术准备 建立BCA以及交叉认证的策略准备 建立BCA原型系统和目录服务系统 进行BCA与已建CA的交叉认证测试 建立BCA BCA试运行 BCA的正式运行
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树型层次结构中证书的验证
假设个体A看到B的一个证书 B的证书中含有签发该证书的CA的信息 沿着层次树往上找，可以构成一条证书链，直到 根证书 验证过程：
– 沿相反的方向，从根证书开始，依次往下验证每一个 证书中的签名。其中，根证书是自签名的，用它自己 的公钥进行验证 – 一直到验证B的证书中的签名 – 如果所有的签名验证都通过，则A可以确定所有的证 书都是正确的，如果他信任根CA，则他可以相信B的 证书和公钥
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树型层次结构的建立
根CA具有一个自签名的证书 根CA依次对它下面的CA进行签名 层次结构中叶子节点上的CA用于对安全个体进 行签名 对于个体而言，它需要信任根CA，中间的CA可 以不必关心(透明的)；同时它的证书是由底层的 CA签发的 在CA的机构中，要维护这棵树