PKI 体系详解及存在的缺陷

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PKI是什么

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PKI是Public Key Infrastructure的首字母缩写,翻译过来就是公钥基础设施;PKI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。

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。

PKI 既不是一个协议,也不是一个软件,它是一个标准,在这个标准之下发展出的为了实现安全基础服务目的的技术统称为 PKI。


PKI的组成部分

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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。PKI 主要包括四个部分:X.509 格式的证书(X.509 V3)和证书废止列表CRL(X.509 V2);CA 操作协议;CA 管理协议;CA 政策制定。一个典型、完整、有效的PKI 应用系统至少应具有以下五个部分:

  1) 认证中心CA CA 是PKI 的核心,CA负责管理PKI 结构下的所有用户(包括各种应用程序)的证书,把用户的公钥和用户的其他信息捆绑在一起,在网上验证用户的身份,CA 还要负责用户证书的黑名单登记和黑名单发布,后面有CA 的详细描述。
  2)
X.500 目录服务器 X.500 目录服务器用于发布用户的证书和黑名单信息,用户可通过标准的LDAP 协议查询自己或其他人的证书和下载黑名单信息。
  3)
具有高强度密码算法(SSL) 的安全WWW服务器 Secure socket layer(SSL)协议最初由Netscape 企业发展,现已成为网络用来鉴别网站和网页浏览者身份,以及在浏览器使用者及网页服务器之间进行加密通讯的全球化标准。
  4)
Web(安全通信平台) Web 有Web Client 端和Web Server 端两部分,分别安装在客户端和服务器端,通过具有高强度密码算法的SSL协议保证客户端和服务器端数据的机密性、完整性、身份验证。
  5)
自开发安全应用系统 自开发安全应用系统是指各行业自开发的各种具体应用系统,例如银行、证券的应用系统等。

完整的PKI 包括认证政策的制定(包括遵循的技术标准、各CA 之间的上下级或同级关系、安全策略、安全程度、服务对象、管理原则和框架等)、认证规则、运作制度的制定、所涉及的各方法律关系内容以及技术的实现等。



对称加密和非对称加密

对称加密:

对称加密.jpg


所谓的“对称加密技术”,意思就是说:“加密”和“解密”使用相同的密钥。就好比用 7zip 或 WinRAR 创建一个带密码(口令)的加密压缩包。当你下次要把这个压缩文件解开的时候,你需要输入同样的密码。在这个例子中,密 码/口令就如同刚才说的“密钥”。

缺陷:对称加密的密钥如何传输,第一次传输的时候肯定是明文,那么对称密钥还是会存在被窃取的风险,以及客户端如何确认服务端的身份。

对称加密经典国际算法有:AES、DES,国产算法有:SM1、SM4、SM7。


非对称加密:

非对称.jpg


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非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(public key)和私有密钥(private key)。

公开密钥与私有密钥是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法叫作非对称加密算法。

非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是:甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其 它方公开;得到该公用密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方;甲方再用自己保存的另 一把专用密钥对加密后的信息进行解密。另一方面,甲方可以使用乙方的公钥对机密信息进行签名后再发送 给乙方;甲方再用自己的私匙对乙方发送回来的数据进行验签。

非对称加密经典国际算法有:RSA、ECC,国产算法有:SM2、SM9


PKI 非对称加密被劫持情况


非对称加密可以解决对称加密被窃取的问题,但依然无法验证服务器的身份信息。日常生活中,浏览https网页、使用UKey签名或转账等都涉及到非对称加密的应用,均存在被替换密钥对的情况,流程如下:

挟持.jpg