PKI及应用
pki 应用场景和成功案例
公钥基础设施（PKI）在多种场景中都发挥了关键作用，尤其是在安全通信和数据完整性方面。
以下是一些具体的应用场景和成功案例：
1.虚拟专用网络（VPN）：VPN是一种架构在公用通信基础设施上的专用数据通信网络，利用网
络层安全协议（尤其是IPSec）和建立在PKI上的加密与签名技术来获得机密性保护。
基于PKI技术的IPSec协议现在已经成为架构VPN的基础，可以提供经过加密和认证的通信。
2.安全电子邮件：作为Internet上最有效的应用，电子邮件凭借其易用、低成本和高效已经成为
现代商业中的一种标准信息交换工具。
随着Internet的持续增长，商业机构或政府机构都开始用电子邮件交换一些秘密的或是有商业价值的信息，这就引出了一些安全方面的问题。
电子邮件的安全需求包括机密、完整、认证和不可否认，而这些都可以利用PKI技术来获得。
3.物联网领域：物联网涉及大量的设备，这些设备需要安全地交换数据并确保通信的安全性。
PKI
在物联网领域的应用示例包括智能家居、智能交通和工业自动化等。
4.区块链：区块链技术需要多个节点之间的安全通信和数据验证。
在区块链中，PKI用于验证节点
的身份和确保数据的安全性。
例如，中国电信、中国移动、中国联通均在区块链领域有不同程度的涉足，探索区块链在电信行业的应用场景，例如国内运营商间利用码号优势建立数字身份、国内运营商与国际运营商间的国际漫游结算、运营商与银行共享征信、运营商间共享计算和带宽、共享基站等。
第3章 PKI认证技术及应用
③ EPKB[ IDA| |N1] A ⑥ EPKA [ N1 | | N2] ⑦ B
EPKB[ N2 ]
公钥管理机构分配公钥
PKI认证技术及应用 第三章 PKI认证技术及应用 步骤如下： 步骤如下： 用户A向公钥管理机构发送一个带有时戳的消息，消息中有获取用户B （1）用户A向公钥管理机构发送一个带有时戳的消息，消息中有获取用户B 当前公钥的请求。 当前公钥的请求。 Request | |Time1 公钥管理机构对A的请求作出应答，该消息由管理机构的秘钥 秘钥SK （2）公钥管理机构对A的请求作出应答，该消息由管理机构的秘钥SKAU来 加密，因此A能用管理机构的公开钥解密，并使A相信这个消息来自于公钥 加密，因此A能用管理机构的公开钥解密，并使A 管理机构。该消息由以下几部分组成： 管理机构。该消息由以下几部分组成： 可以用之将发往B的消息加密。 B的公钥PKB，A可以用之将发往B的消息加密。 的公钥PK 的请求，验证A A的请求，验证A的请求在发往管理机构使没有更改 最初的时戳，使A确信管理机构发来的不是旧消息。 最初的时戳， 确信管理机构发来的不是旧消息。 的公开钥将消息加密后发向B 这个消息中有两个数据项， （3）A用B的公开钥将消息加密后发向B，这个消息中有两个数据项，一个 的身份IDA 另一个是一次性随机数N1 用来唯一的标识本次通信。 IDA， N1， 是A的身份IDA，另一个是一次性随机数N1，用来唯一的标识本次通信。 E PKB [ ID A | |N1 ] ）（5 以相同的方式从公钥管理机构获得A的公开钥。至此， （4）（5）B以相同的方式从公钥管理机构获得A的公开钥。至此，A和B都 已经得到了对方的公开钥，可以安全保密的通信。 已经得到了对方的公开钥，可以安全保密的通信。
PKI认证技术及应用 第三章 PKI认证技术及应用
PKI组件及其应用(共53张)
子CA1
交叉证明
子CA2
第36页，共53页。
3.2.3 混合 模型 (hùnhé)
• 混合（Hybrid）模型是证书层次结构同交叉证明的结合 • 交叉证明可以在两个层次结构的任何两个CA间进行，
信任仅存在于这两个CA及其下面的子CA之间 • 混合模型很灵活，公司可以根据不同的业务需要建立不
第17页，共53页。
3.1.3.1 PKCS(续)
• PKCS#13目前尚未发布，其焦点集中于使用椭圆曲线 加密系统进行数据的加密和签发
• PKCS#14目前尚未发布，它将是一个关于伪随机数生 成的标准
• PKCS#15可使不同的智能卡供应商和不同的支持智能 卡的应用程序以一种通用格式(géshi)存储加密系统令牌
签名算法（SignatureAlgorithm）
签名值（SignatureValue）
第24页，共53页。
CA签发证书所使用的数字签名算 法
CA创建的实际数字签名
3.1.4.1 CRL(续)
• CA将CRL公布于一个公共存储库，终端实体都可以对 该存储库进行(jìnxíng)检索
• 主体在收到一个证书时，首先检索CRL，判断这个证 书是否是有效的
证书
Certificate Authority
第10页，共53页。
3.1.1 证书颁发(bānfā)机构（CA）(续)
• CA是PKI的核心 • CA管理证书 • 主体登记证书的过程 • CA可以续借和更新证书
第11页，共53页。
3.1.1 证书(zhèngshū)颁发机构（CA）(续) —— CA生成证书的过程
第34页，共53页。
公钥基础设施(PKI)的作用
公钥基础设施（PKI）的作用公钥基础设施（PKI）是一种加密技术体系，用于确保网络通信的安全性和可信性。
其作用包括建立和管理密钥、数字证书和数字签名等，为信息安全提供了重要的基础支持。
本文将介绍PKI的概念、功能以及在现代社会中的广泛应用。
一、概述PKI是一种安全基础设施，用于确保通信数据的机密性、完整性和认证性。
它包含了加密算法、数字证书、证书颁发机构（CA）和注册机构（RA）等组件，通过这些组件协同工作，实现了保护网络通信的目标。
二、功能1. 机密性保护：PKI通过使用公钥和私钥配对来实现信息的机密性保护。
发送方使用接收方的公钥将信息加密，只有接收方拥有与其对应的私钥，才能解密信息。
2. 完整性保护：PKI使用数字签名技术来保护数据的完整性。
发送方使用私钥对信息进行签名，接收方使用发送方的公钥来验证数字签名，以确保数据在传输过程中没有被篡改。
3. 身份认证：PKI通过数字证书来验证用户的身份。
数字证书中包含用户的公钥和一些身份信息，由可信的证书颁发机构进行签名和发布。
使用者可以通过验证数字证书的合法性，来确认通信双方的身份。
4. 密钥交换：PKI可以实现安全的密钥交换，确保通信双方的密钥不被窃取或篡改。
通过使用公钥加密算法，通信双方可以在不安全的网络中安全地交换密钥。
三、应用1. 电子商务：PKI在电子商务领域的应用非常广泛。
用户可以通过数字证书进行身份验证，并使用数字签名保护交易的机密性和完整性。
此外，PKI还可以提供交易双方之间的安全通信渠道。
2. 电子政务：PKI可用于政府机构与公民之间的安全通信和身份认证。
通过数字证书的应用，政府机构可以确保公民身份的准确性，并保证与公民之间的信息交互的安全性。
3. 敏感数据保护：PKI对于保护敏感数据的安全性至关重要。
银行、金融机构等行业可以使用PKI来保护客户的个人账户信息和交易数据，从而防止黑客攻击和数据泄露。
4. 远程访问和虚拟专用网络（VPN）：PKI可用于远程访问和VPN连接的安全性保障。
PKI与证书服务应用
PKI与证书服务应用PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）是一种用于创建、管理和分发数字证书的系统。
它是一种在电子通信中确保安全性和可信性的重要机制，广泛应用于互联网、电子商务、电子政务和其他在线服务领域。
证书服务是PKI系统的核心组件之一，负责颁发、撤销和管理数字证书，为用户和应用程序提供安全和身份验证功能。
本文将介绍PKI和证书服务的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些示例。
1. PKI的基本概念和组成PKI是一种基于公钥密码学的加密技术体系，由以下几个组成部分组成：- 数字证书：包含用户或实体的公钥、标识信息和数字签名等内容，是PKI系统中用于验证和确认用户身份的凭证。
- 公钥和私钥：在PKI系统中，每个用户或实体都有一对公钥和私钥。
公钥用于加密和验证数字签名，私钥用于解密和生成数字签名。
- 证书颁发机构（CA）：是负责颁发数字证书并对其进行数字签名的机构。
CA在PKI系统中扮演着信任和可信第三方的角色。
- 证书撤销列表（CRL）：包含所有已经被撤销的证书信息，用于在系统中及时撤销无效的证书。
- 证书库：用于存储和管理所有的数字证书和相关的信息。
2. PKI和证书服务的工作原理PKI和证书服务的工作原理如下：- 用户生成一对公钥和私钥，将公钥提交给证书颁发机构进行注册和认证。
- CA对用户提交的信息进行验证和审查，确认用户的身份和合法性。
- CA用自己的私钥对用户的公钥信息进行加密和签名，生成数字证书。
- CA将数字证书发送给用户，用户可以使用该证书进行加密、解密和验证操作。
- 用户的数字证书可以用于身份验证、数字签名、数据加密等场景。
3. PKI和证书服务的实际应用PKI和证书服务在各个领域都有广泛的应用，以下是一些示例：- 电子商务：在电子商务中，PKI和证书服务可以提供安全的付款和交易环境，确保客户和商家的身份和数据安全。
- 电子政务：在电子政务中，PKI和证书服务可以提供安全的身份认证和文件签名功能，确保政府和公民之间的安全通信和信息交换。
PKI技术及应用
数 据 完 整 性 服 务 就 是 确 认 数 据 没 有 被 修 改 。实
现 数 据 完 整 性 服 务 的 主 要 方 法 是 数 字 签 名 ， 既 可 它
以 提 供 实 体 认 证 ，又 可 以 保 障 被 签 名 数 据 的 完 整
应 用 技 术
２０ ０ ８年 １ ２月 １ 口 第 １ ０ ２期
许扔 金骷电肛
Ｐ ｌ 术及 应 用 Ｋ技
■ 中 国人 民银行 海 口中心支 行 陈亚楠
最 新 发 展 起 来 的 网 络 安 全 技 术 和 安 全 服 务 规 范是公钥 基础 设施 Ｐ Ｋｌ（ ｕ）ｃ ｋ ｙ ｉｆａｔｕ ｔ ｒ ） ｐ １ ｉ ｅ ｎｒ ｓ ｃｕ ｅ ， ｌ ｒ 该 技 术 是 目前 网 络 安 全 建 设 的 基 础 与 核 心 ， 各 项 是
性 ，这 是 南 密 码 哈 希 算 法 和 签 名 算 法 提 供 的 保 证 。 哈 希 算法 的特 点 是输 人 数 据 的任 何 变 化都 会 引起 输 出 数 据 不 可 预 测 的 极 大 变 化 ， 签 名 是 用 自己 的 而 私 钥 将 该 哈 希 值 进 行 加 密 ， 后 与 数 据 一 道 传 送 给 然 接 受 方 。 如 果 敏 感 数 据 在 传 输 和 处 理 过 程 中 被 篡
密 钥 委 托 等 ）证 书 管 理 （ 括 证 书 产 生 和 撤 销 等 ） 、 包
和 策 略 管 理 等 。Ｐ 产 品 也 允 许 一 个 组 织 通 过 证 书 ＫＩ 级 别或 直 接 交 叉认 证 等方 式 来 同其他 安 全 域建 立
信 任 关 系 。Ｐ 在 实 际 应 用 上 是 一 套 软 硬 件 系 统 和 ＫＩ
PKI技术及其发展应用
PKI技术及其发展应用PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施），是一种基于非对称加密技术的安全体系，用于确保网络通信的机密性、完整性和身份认证。
PKI技术的发展应用范围广泛，包括数字证书、数字签名、SSL/TLS协议、电子邮件安全等。
PKI技术的核心是公钥和私钥的配对使用。
私钥只有持有者知道，用于数据的加密和数字签名；公钥可以公开，用于数据的解密和验证签名。
通过公钥加密，发送者可以将数据安全地传输给接收者，只有接收者使用其私钥才能解密数据。
而通过私钥签名，发送者可以确保数据的完整性和真实性，接收者可以通过发送者的公钥验证签名。
1.数字证书：数字证书是PKI体系中最重要的组成部分。
数字证书通过授权机构（CA）签发，用于确认公钥和身份的关联性。
证书中包含公钥、持有者的身份信息等，由CA对这些信息进行签名。
通过验证证书，用户可以确认数据的真实性和完整性，从而确保通信的安全。
2.数字签名：数字签名是PKI技术中的一项重要应用，用于验证数据的真实性和完整性。
发送者使用私钥对数据进行签名，接收者使用发送者的公钥验证签名。
如果数据在传输过程中被篡改，验证过程将失败。
数字签名被广泛应用于电子合同、电子交易等场景，以确保数据的可靠性。
3. SSL/TLS协议：SSL（Secure Sockets Layer）和TLS（Transport Layer Security）是一种基于PKI的安全传输协议。
通过使用数字证书和非对称加密，SSL/TLS协议可以确保网络通信的安全性。
SSL/TLS协议被广泛应用于网上银行、电子商务等需要保护用户隐私和数据安全的场景。
4.电子邮件安全：PKI技术可以用于确保电子邮件的机密性和完整性。
通过使用数字证书和加密算法，可以对邮件内容进行加密，防止被窃听和篡改。
同时，数字签名可以确保邮件的真实性和完整性。
1.长期可信性：PKI技术的可信性依赖于授权机构（CA）。
pki技术的基本原理及常规应用
pki技术的基本原理及常规应用PKI技术的基本原理及常规应用一、PKI技术的概念PKI技术是公钥基础设施（Public Key Infrastructure）的缩写，是一种安全通信机制。
它通过使用非对称加密算法和数字证书来确保通信的机密性、完整性和可信度。
PKI技术包括公钥加密、数字签名、证书管理等多个方面。
二、PKI技术的基本原理1. 公钥加密公钥加密是指使用公钥对数据进行加密，只有私钥才能解密。
在此过程中，发送方需要获取接收方的公钥，并使用该公钥对数据进行加密。
接收方收到数据后，使用自己的私钥进行解密。
2. 数字签名数字签名是指将消息摘要与发送者的私钥进行加密生成签名，并将该签名与消息一起发送给接收者。
接收者可以使用发送者的公钥来验证签名是否正确，从而确保消息没有被篡改过。
3. 证书管理证书管理是指建立一个可信任的第三方机构（CA）来颁发数字证书，以确保公钥和实体之间的关系可信。
数字证书包含了实体（如个人或组织）和其对应公钥信息，并由CA进行签名认证。
三、PKI技术的常规应用1. 数字证书数字证书是PKI技术的核心，它可以用于各种场景，如SSL/TLS协议中的HTTPS，VPN连接等。
数字证书还可以用于身份认证、电子邮件签名和加密等。
2. 数字签名数字签名可以用于文件和数据的完整性验证，确保数据没有被篡改。
数字签名还可以用于电子合同、电子票据等场景。
3. 数字信封数字信封是指将数据进行加密，并将加密后的数据和接收者公钥一起发送给接收者。
接收者使用自己的私钥进行解密，从而确保通信内容机密性和完整性。
4. VPN连接VPN连接是指通过公共网络建立安全通信隧道，以实现远程访问。
PKI技术可以在VPN连接中使用数字证书进行身份验证和加密通信。
5. 身份认证PKI技术可以用于实现用户身份认证，如在网银系统中使用数字证书进行用户身份认证。
四、总结PKI技术是一种安全通信机制，它通过公钥加密、数字签名和证书管理等多个方面来确保通信的机密性、完整性和可信度。
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交叉认证
两个不同的CA层次结构之间可以建立信任 关系
单向交叉认证
一个CA可以承认另一个CA在一定名字空间范围内的所有被授 权签发的证书
双向交叉认证
交叉认证可以分为
域内交叉认证(同一个层次结构内部) 域间交叉认证(不同的层次结构之间)
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22
PKI应用
基本的应用
（MAC, Message Authentication Code ）的共享密钥。
由记录头和长度不为0的记录数据组成的。 包括了记录头和记录数据格式的规定。 SSL记录协议
SSL记录协议的操作
SSL记录协议的操作步骤
分段：每个上层应用数据被分成214字节或更小的数据块。 记录中包含类型、版本号、长度和数据字段； 压缩：可选项，并且是无损压缩，压缩后内容长度的增 加不能超过1024字节； 计算MAC：在压缩数据上计算消息认证MAC；
由RSA定义的，其中RC2适用于块加密，RC4适用于流加密。
电子支付系统
组成要素
客户：用自己拥有的支付工具(如信用卡、电子钱包等)来 发起支付，是支付系统运作的原因和起点。 商家：拥有债权的商品交易的另一方，他根据客户发起的 支付指令，向金融体系请求获取货币给付。 客户开户行（又称为发卡行）：客户在其中拥有账户的银 行，客户开户行在提供支付工具的时候也同时提供了一种 银行信用，即保证支付工具的兑付。
CA层次结构的建立
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
在每个节点CA上，需要保存两种cert (1) Forward Certificates: 其他CA发给它的certs (2) Reverse Certificates: 它发给其他CA的certs
采用数字签名技术，签名作用于相应的数据之 上
被认证的数据 —— 数据源认证服务 用户发送的远程请求 —— 身份认证服务
完整性
PKI采用了两种技术
数字签名：既可以是实体认证，也可以是数据完整性 MAC(消息认证码)：如DES-CBC-MAC等
5
PKI提供的基本服务
保密性
用公钥分发随机密钥，然后用随机密钥对数 据加密 发送方的不可否认 —— 数字签名 接受方的不可否认 —— 收条 + 数字签名
PKI及应用
授课人：焦健
PKI之动机
公钥技术
如何提供数字签名功能 如何实现不可否认服务 公钥和身份如何建立联系
为什么要相信这是某个人的公钥
公钥如何管理
通过证书把公钥和身份关联起来
2
方案：引入证书(certificate)
密钥生命周期
密钥产生 证书签发
密钥使用
证书检验
密钥过期
密钥更新
金融专用网
商家开户行： 处理帐单
SET协议
SET （Secure Electronic Transaction ）是 由Visa和MasterCard两大信用卡组织联合开发 的电子商务安全协议 它是一种基于消息流的协议，用来保证公共网 络上银行卡支付交易的安全性，因而成为 Internet上进行在线交易的电子付款系统规范 SET协议是PKI框架下的一个典型实现，也是一 个基于可信的第三方认证中心的方案
X.509证书格式
序列号
在CA内部唯一
指该证书中的签名算法 CA的名字 起始和终止时间
10
签名算法标识符
签发人名字
有效时间
个体名字
X.509证书格式(续)
个体的公钥信息
算法 参数 密钥
签发人唯一标识符 个体唯一标识符 扩展域 签名
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CA(Certificate Authority)
服务器方向客户发出认证请求消息REQUESTCERTIFICATE。 当客户收到服务器方的认证请求消息后，发出自己 的证书，并且监听对方回送的认证结果。 当服务器收到客户的认证，认证成功返回SERVERFINISH消息，否则返回错误消息。到此为止，握手协
SSL记录协议
保证所有的传输数据都被封装在记录中。 SSL记录协议为SSL连接提供两种服务： 机密性 享密钥。 消息完整性 SSL记录 握手协议定义了一个用于产生消息认证码 握手协议定义一个可以用于SSL负载的加密共
SSL由Netscape公司在1995年开发。
SSL协议是在Internet基础上提供的一种保证私
密性的安全协议。
是目前网上购物网站常使用的一种安全协议。
SSL/TLS协议栈
介于应用层和传输层之间 HTTP 为上层提供安全性
SSL Handshake Protocol SSL Change Cipher Spec Protocol
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18
层次结构CA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 19
SET协议
SET协议
购物请求开始之前，持卡人要浏览、选择和订购 商品，这个阶段结束后，商家向客户发一个填好 的定单表单。这些步骤不用SET。 启动请求阶段 客户向商家发送SET消息，需要商家和支付网 关的数字证书 签发信用卡的机构 证书机构（ CA） 请发你的数字证书和支付网关 的数字证书，这是我们交互的 客户 商家 支付网关 惟一标记号和我的信用卡签发
SSL握手协议的第一个阶段（1/2）
是通信的初始化阶段，通信双方都发出HELLO消息。 当双方都接收到HELLO消息时，就有足够的信息确定
是否需要一个新的密钥。
若不需要新的密钥，双方立即进入握手协议的第 二阶段。 否则，服务器方的SERVER－HELLO消息将包含足够 的信息（服务器所持有的X.509证书、加密规约和连 接标识）使客户方产生一个新的密钥。
文件保护 E-mail Web应用
其他
VPN SSL/TLS XML/e-business
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PKI实现的选择
建立自己的PKI 购买一个PKI 从第三方购买PKI服务 等待一个政府PKI PKI和应用联合开发，相互协作
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SSL协议
Security Socket Layer 安全套接字层协议
建立服务器与客户之间的安全数据通道
客户与服务器之间的所有数据在传送过程中 都被加密，并进行数据的完整性检查。
SSL协议的优势
SSL协议建立在可靠的传输层协议（TCP）之上。 SSL协议的优势：与应用层协议无关的。
高层的应用层协议（如HTTP、FTP、TELNET)
能透明地建立于SSL协议之上。 SSL协议在应用层协议通信之前就已经完成加 密算法、通信密钥的协商以及服务器认证工作。 此后，应用层协议所传送的数据都会被加密，
4） 会话
客户端和服务器交换利用对 称会话密钥加密的信息
会话
SSL协议的组成
握手协议 负责确定用于客户机和服务器之间的会话加 密参数； 记录协议 用于交换应用数据； 警告协议 用于在发生错误时终止两个主机之间的会话。
SSL握手协议
SSL握手协议包含两个阶段， 第一个阶段：建立私密性通信信道， 第二个阶段：客户认证。
SSL握手协议的第一个阶段（2/2）
若密钥产生成功，客户方发出CLIENT-MASTER-KEY 消息，否则发出错误消息。
最终当密钥确定以后，服务器方向客户方发出
SERVER-VERIFY消息。
SSL第一阶段握手流程
SSL握手协议的第二个阶段
主要任务：对客户进行认证，此时服务器已经被认 证了。
RA
CA RA(Registration Authority) 把用户的身份和它的密钥绑 定起来——建立信任关系
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PKI基本组件
RA(Registration Authority)
把用户的身份和它的密钥绑定起来——建立信任关系
CA(Certificate Authority)
发证，另外还管理一些下级CA.
从而保证通信的私密性。
SSL的工作过程
SSL客户端（浏览器） 1） 发送“Hello”消息 传送SSL版本信息、加密算 法列表、密钥长度等 SSL服务器端 回复“Hello”消息
2） 发送对称会话密钥
传送含服务器的RSA公钥的 服务器证书
3）
发送用服务器的RSA公钥加 密的会话密钥
接收会话密钥，开 始会话
不可否认
PAA:政策审批机构.制 定整个体系结构的安全 政策并制定所有下级机 构都需遵守的规章制度 。证书政策和证书使用 规定等。
CA
PKI的结构模型
PMA PAA/CA PMA：是PKI的最高管理机 构，对PKI进行宏观管理， 如监督PAA运行政策制定。
CA
CA
CA
CA
CA(Certificate Authority) 发证，另外还管理一 些下级CA. CA RA
LDAP