（信号与信息处理专业论文）中国金融认证中心ra的设计和实现.pdf

太原理工大学硕士学位论文 摘要 p k i 公钥基础设施已逐渐得到社会的公认，目前正处于一个不断完善 的阶段。它以加密技术为基础，提供了实际实施和运作使用证书的系统所 需的组件和服务。数字证书是p k i 技术的直接载体。认证中心就是颁发和 管理数字证书的机构，在具体的应用中处于大家都信任的第三方地位。它 由三部分组成：c a 、r a 、d a 。其中r a 系统是认证中心与证书用户的界面， 提供对用户的注册和管理服务，同时，它也是与应用系统相结合的接口。 本文以c f c a 对r a 系统的需求为契机，在c f c a 前置机的基础上设计 了一套可以广泛推广使用的r a 系统。该r a 系统安全可靠，性能优越，跨 越s o l a r i s 和w i n d o w s 两种平台，可以充分满足不同用户的需求。系统具 有良好的扩展性，可以根据需要扩大使用规模。系统具有友好的操作界面， 使用方便，可以迅速的部署，作为c f c a 的用户接口提供数字证书认证服 务。 在该r a 系统基础上，本文还提出了在证券领域的使用的代理系统， 解决了r a 系统和券商的数据系统共享的问题，简化了证券用户证书的申 请的流程，以更方便地为证券用户提供证书服务。该代理系统具有通用性， 稍加改动，就可以用于其它领域。 关键字：p k i ，c a ，r a ，c f c a ，中国金融认证中。1 1 ，s p k m 奎堕墨三查兰夔主兰垡丝壅一 a b s t r a c t b a s i n g o nt h ee n c r p y t i o nt e c h n i q u e s ，p k i ( p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ) p r o v i d e m o d u l e sa n ds e r v i c e s f o r d e p l 0 3 i n g c e r t i f i c a t e s y s t e m t h e c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y ( c a ) i st h eo r g a n i z a t i o nf o ri s s u i n ga n dm a n a g i n g c e r t i f i c a t ea n di st h et h i r dp a r tt h a ta l lb e l i e v e s t h er a ( r e g i s t r a t i o n a u t h o r i t y ) i st h ei n t e r f a c eo fc a t oc e r t i f i c a t eu s e r s ，a n dp r o v i d e ss e r v i c e o f r e g i s t e r i n g u s e ra n d m a n a g i n g u s e r s t h i sp a p e rd e s i g n sar a s y s t e mo nt h ef e po fc f c a i th a st w o v e r s i o n sf o rs o l a r i s8o p r a t i o ns y s t e ma n df o rw i n d o w sn t r as y s t e m u s em u t i p l e - t b r e a dt e c h n o l o g yt op r o c e s st h er e q u e s t sf r o mm u t i p l er a c l i e n t s i ti so fh i g hs e c u r i t y b yb u i l d i n gs p k ml i n k i n gb e t w e e nr a s y s t e ma n df e p a n db e t w e e nr as e r v e ra n dr a c l i e n t t h ei n t e r f a c et o u s e r si ss of r i e n d l yt h a tt h i ss y s t e mc a nb eo p e r a t e ds i m p l ya n dc a nb e d e p l o y e dt o au e wp l a c e e a s l y b e i n gt h ei n t e r f a c eo fc f c a ，t h er a s y s t e mp r o v i d e sd i g i t a ls e r v i c ew i t hc f c a t o g o t h e r t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r dak i n do fp r o x ys y s t e mf o rr a s y s t e m u s e di ns t o c k j o b b e r t h i ss y s t e mc a nr e s o l v et h e p r o b l e mo f d a t as h a r i n g b e t w e e ns t o c ks y s t e ma n dr a s y s t e m s ，a n dc a rs i m p l y f yt h ef l o wo fs t o c k u s e r a p p l y i n g f o rd i g i t a l c e r t i f i c a t e ，p r o v i d e c e r t i f i c a t es e r v i c e st h a t p r o m o t et h ec u s t o m e r sc o n v e n i e n c e t h i ss y s t e ma l s oc a nb eu s e di n o t h e rf i e l d e sw i t hi i t t l em o d i f i c a t i o n 。 k e yw o r d s ：p k i ，c a ，r a ，c f c a ，s p k m 奎堕堡三盔堂堡圭堂垡丝兰一 第一章前言 第一节p k i 的基本概念 p k i 即公钥密码基础设施( p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ) 1 2 j ，是一个 庞大的体系，它囊括了密码学、密钥管理、信息安全协议、安全管理策略 四大部分。这四部分之| 日j 相互联系，其中密码学是p k i 体系的基础，它以 数学难题为依据，包括了各种加密算法；密钥管理和安全管理策略是p k i 体系的手段，它以加密算法为基础，提供密钥管理的技术、方法、策略， 以及为整个p k i 体系制定安全策略，保证在此体系之下的用户身份可靠； 信息安全协议是p k i 体系的最终目的，它以其它三部分为基础，为用户提 供各种信息安全应用协议，保证用户信息安全。这四部分处于不同的领域， 分别在不断发展和完善。p k i 体系为网络信息提供了一个安全操作平台， 在此平台之上的信息具有了一系列的安全措施，能可靠保证用户的信息安 全。 p k i 利用公钥理论和技术建立的提供安全服务的基础设施，是信息 安全技术的核心，也是电子商务的关键。由于通过网络进行的电子商务、 电子政务、电子事务等活动缺少物理的接触，因而使得用电子方式验汪信 任关系变得至关重要。而公钥基础设施技术恰好是一种适合电子商务、电 子政务、电子事务的密码技术，它能够有效地解决电子商务应用中的机密 性、真实性、完整性、不可否认性和存取控制等安全问题。 认证中心是p k i 的核心机构，它为用户提供数字证书、密钥管理机制、 身份认证机制，以及各种应用协议，它代表了p k i 体系的整体发展趋势。 认证中心由三部分组成；证书签发系统( c a ) ，证书注册系统( r a ) ，证书 发布和查询系统r f ) a ) i 。 查蹩堡三奎整垦圭堂燕笙茎一 证警兹签发系统( 滋) 楚认涯串心懿骇心部分，在蘩今系统孛楚予主 导地位，亭有最高的安全级别。它负责对其它系统提出的请求给出成答， 签发证书疑c r l ，管理中央数据库和管理主用户等。 芷警注麓系统( r a 是诀涯串心弱注麓辊鞠。它受赛属声率请豹装入 和审核、管理等工作，是r a 管理员对一般用户进行管理的前端界面。r a 系统直接面对证书用户，是认证中心对外服务的窗1 ：3 。诞书用户的信息在 瓢辔融袋入警毽爨录入，然螽由羟盎搴棱管理爱淤谈稻户静僚惠合法， 正确，并确认可以向该用户发放证粥，则向c a 提请发放证书tr a 端也保 存了在该r a 申请证书的用户信息，及用户证书状态信息，以方便对用户 豹镑理。 电子证书发布和查询系统( d a ) 用于发布证书和证裁嫩销表( c r i 。s ) ， 并提供对证书和证书撤销列表( c r i ) 9 1 的森询功能。d a 系统一般由嗣录 瓣务器释鬻瓣裰务器缀成。诞书和诞书注镶表一般部存放在l d a p 目最服 务器中，融服务器提供数据查询服务。嘲w 服务器作为一个直观的用户界 面，为用户提供发好的访问界面，方便用户的访问。 证书签发系统，注掰系统，发布稻查询系统缀成一个完整的整体，相 互联系、懿合，为用户提供认证服务。出于铤发系统是整个认诞中心麴核 心，为了方便，般直接把认证中心称为c a 。 第二节p k i 的发展现状 在国孙，p k i 早以得到了广泛的成用。鑫美圜，总绞党赫顿予1 9 9 7 年7 月l 目发布了全球电子商务纲要，号召各国政府尽可能地鼓励和 帮韵企韭发葳i n t e r n e t 裔韭陂用。荚霞鼓励政府认可和接受正式的秀子 合同、公诞文 牛等，鼓黜国内秘国际蝮则的掺调一效，支持电子签字蟊其 它身份认诞手续的可按爱性。2 0 0 0 年2 月1 3 目美蹦参众两院分舅日通道了 一2 查堕些三生堂堕芝兰竺兰兰一 电子签名法案，该法案允许电子签名在合同中取代手写签名的地位， 而对电子付款网络银行等也都已着手拟定在修订法案中。2 0 0 0 年6 月3 0 日，美国总统克林顿又签署了美国的全球及全国商业电子签名法，这 是美国历史上第一部联邦级的电子签名法。这一法律的签署，极大地推动 了电子签名、数字证书的应用。国外开发p k i 产品的公司也很多，比较有 影晌力的有b a l t i m o r e 和e n t r u s t ，他们都推出了可以瘦用的产品。 e n t r u s t 公司的e n t r u s t p k l l 5 可提供很多种功能，能较好满足商业企 业的实际需求。y e r i s i g n 公司也己经开始提供p k i 服务，i n t e r n e t 上很 多软件的签名认证都来自v e r i s i g n 公司。但是大部分p k i 产品的主流公 司来自美国，都受到美国政府的软件出口法律的限制，最多只能允许4 ( ) 位长密钥的弱加密，或让你使用较长的密钥，但其中留有后门。 近年，在我国也出现了提供c a 产品的商家，较为有名的有：吉大正 元，天威诚信，深圳德达，济南得安，天融信，北京格方，飞天诚信等公 司。天威诚信采用v e r i s i g n 公司的技术，为用户提供认证方面的服务。 吉大正元，北京格方等则有自己研发的较为成熟自主产权认证产品，在中 国的c a 市场中占有较大的份额。其中吉大正元以s r q 0 5 认证系统成为市 场份额最大的c a 厂商，承建了许多的认证中心，如山西c a ，西部c a ，福 建c a ，吉林c ，黑龙江c ，天津( ：a ，中行c a ，国家计委纵向网( 1 、，公 安部c a 等。 在短短几年内，我国c a 认证系统的建设也获得了很大的发展。全国 c a 认证系统的建设资金已超过7 亿元，从事c a 运营人员已达2 0 0 0 多人。 已经建成的较大的c a 中心有中国金融认证中心( c f c a ) ，中国电信认证中 心( c t c a ) ，中国邮政认证中心，上海c 中心，广东省电子商务认证中心， 黑龙江邮政局电子邮政安全认证中心，海南省电子商务认证中心，湖北省 电子商务认证中心，北京国富安电子商务安全认证中心，重庆数字证书认 查堡曼三查兰堡主兰堡兰兰一 证中心，东北证券交易系统，北京c a 中心，天津市c a 中心( t j c a ) ，中 国协卡认证体系无锡c a # 6 e 心，泰康c a 认证中心，福建c a 认证中心， 三峡c a 认证中心，华东北地区网络中心认证中心，吉林电子商务安全认 证中心、山西电子商务安全认证中心等几十个p 1 。 第三节中国p k i 发展的不足 虽然我国的p k i 技术已经获得了很大的发展，但也存在许多的不足a 需要我们在未来努力解决。首先是相关法律、政策的缺位。我国在1 9 9 4 年开始出现电子商务模式，至今尚处于起步阶段。从总体上说，我国电子 商务的交易手段、交易方式、安全认证等仍处于探索阶段。同时，在电子 商务的法制建设上我国也同样是处于起步阶段，尽管我国就电子交易的某 些方面颁布了具体规定( 比如合同法) ，但仍然没有全面涉及电子商务 的立法。目前我国有一些涉及计算机信息安全和网络安全的法律条例和行 政法规，但大都没有明确的交易安全的规定，在司法实践中也没有按照这 些法律规定执行。由于法律法规的不健全，人们无法对c a 中心的建设， 运营行为进行很好的规范，同时这也影响了人们对c a 中心的理解和信任， 造成了p k i 应用推广中的困难，给中国p k i 技术的发展造成了不良的影响 。 其次，各c a 中心存在兼容性的问题。目前中国各个认证中心所发放 的证书存在互不兼容的问题。这也是由于国家有关部门的多头管理造成管 理混乱，没有相关的法律法规规范各c a 的建设和运营造成的。中国的c a 市场亟待规范，制定统一的行业技术标准，以现有c a 认证中心为基础， 携手共同培育刚刚孕育的c a 市场。在这方面，上海c a 和广东c 迈出了 有意义的一步。2 0 0 0 年1 1 月，上海c a 组织京津沪等地的c a 成立了协卡 体系，希望在全国纵向合作的前提下，不仅实现地域c a 间互联互通，还 一d 一 查避堡三查鲎堡主堂壁垒壅一 要打通电子商务和电予政务。加入协卡体系的成员c a ，参照了上海c a 的 技术标蘩，正奁共两裁定密漭卡体系豹甄粼帮技术菰攥，淘露统考恣服 务、理赔和保险问题。与此同时，广东c a 联合海南、湖北、鬟庆、广西 等她的c a 认证中心建立跨区域的权威认诚体系”网证通”认i 正体系。 第三，中国豹e a 率心陷入了有爨无势豹境遗。在2 0 0 1 年4 胄召歼的 北京国琢电子商务大会的电予商务法律论坛上，j b 京邮电大学傣息法撑礤 究中心主任张楚指出：眼下全国几十个c a 中心的收入加起来述养不滔一 令激孛心。懿穗经发了2 2 万张迁书韵上海c a 为铡。牵请证书的个入囱 上海e a 的受理点出示囊份试，露交纳l o 元的费熙后，懿能褥刘一张数字 证书。虽然上海物价局给上海c a 个人证书的收费标准怒如到1 2 0 元，但 上海c a 不敢收这么高，透为现在还惩市场培育期。虽然上海c a 对交黢企 业赣业执照之后申报嬲站证书的嬲始收费标准可达到1 2 0 0 元，但审办这 一诞书的机构非常少。有人给上海c a 两年来的营业额做过估算，估计收 入不会超过3 0 0 万元。这与当裙授入豹2 2 4 0 万元褶差太大，而且上海e a 还精要维持1 0 0 人左右的研发署珏市场推广驮伍。 中国金融认诋中心( c f c a ) 的用户数目前远不及上海c a ，但是包括中 鹫久民银行总行翔1 2 家商盈锻行在内的i 3 家机构已经为c f c a 次憔投 入了5 2 0 0 万元。c f c a 邋过运嚣收露成本并实现擞列，裁必须黧援证书应 用方面的工作，使c a 中心和用户的成用系统实现无缝的结合，为应用系 统撬供完善，合理的安全傈障。同时自己也可以增加发谢的数鬣，从而实 现擞利 第四，人们对p k l 的认识不够。出于在我国人们对网络安全踅要性的 认识还穗对较弱，对这一领域的关注较少。遮就导致了数字证书应用的推 广骤度很豢，应艨项聂缀少，这也直接薅褒在了谈涎孛心数字涯褰兹发涯 数量上。这对我国p k z 技术的发展是十分不利的。 奎曼塑三奎鲎堡兰兰焦笙塞一一 第疆节本课趱的主要工作 本课磁的研究主要集中在p k i 体系中认证中心r a 部分的具体设计和 实瑗，建畿一耱母馥逐速蕹广应蘑静模式，使嚣蠢戆c 矗中心霹潋逐遮兹 扩艘，为更多的用户服务，从丽解决c a 中心的有势无量。 本课题以c f c ar a 系统的需求为契机，在c f c a 前簧机的藕础上设计 一褰霄戳广泛箍广使震豹r a 系统。该瓢系统需娶安全群靠，使藤方便， 可以迅速的部署，能与c f c a 缝合提供数字证书认涯服务。 同时本课题簧在该r a 系统基础上，提出在证券领域的具体应用的方 案，解决该系统和券裔豹数蠢系统结合的闻遂，篱亿证书率请流程，为 正 券用户提供方便的证书服务。 本课磁选用的开发语言是c + + ，开发工具是m i c r o s o f tv i s u a l c + + 6 0 ，f o r t e6 和d b x 等。函鸯c f c a 撬供的旃置梳接口平台有两羊孛，分期 是w i n d o w sn t 4 。0 积s u ns o l a r i s8 ，所以我们的r a 服务器也野发了适 用于以上两种平台的版本。我们的r a 客户端使用的是w i n d o w s p r o f e s s i o n a l2 0 0 0 平台数据瘁使粥的鞠ls e r v e r 2 0 0 0 和o r a c l e8 i 。 查壁里三查兰塑兰羔笙堕受己一 第二章p k i 的基础理论 第一节常用术语解释 1 消息和加密 消息被称为明文。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加 密，被加密的消息称为密文；把密文转变为明文的过程称为解密。图2 1 表明了一个加密解密的过程。 图2l 加密解密过程 2 真实、保密性、完整性和抗抵赖性 真实是指消息的接收者应该能够确认消息确由某一发送者发送，没有 被他人所篡改。 保密性是指对消息进行加密处理形成密文，在没有密钥的情况下不可 能由密文推出原始明文。 完整性是指消息的接收者应该能够验证在传送过程中消息没有被修 改：入侵者不可能用假消息代替合法消息。 抗抵赖性是指发送者事后不可能虚假地否认他发的消息。 一个安全的信息应具有：真实性、保密性、完整性、抗抵赖性，其中 保密性可根据具体的实际情况进行选择。 查曼堡三盔兰堡主兰竺兰苎一 第二节加密算法 2 2 1单密钥加密密码体制 单密钥加密密码体制( 又称为对称加密体制) 是指，使用该加密算法 加密和解密时使用同一个密钥。它的使用过程如下图所示： 垄宣 。一 解密 图2 , 2 对称加密 常用的对称加密算法有d e s ，3 d e s 等5 1 。对称加密算法的特点是算法 比较简单，密钥长的较短，运算速度快，效率比较高。在用于加密大的数 据块方面又优势。但它在密钥传输方面存在缺陷。由于消息传递的双方使 用同一密钥，他们就必须在事先得到这个密钥，需要作密钥的传输和管理， 在这个过程中存在被第三方窃取的可能。 2 2 2双密钥加密密码体制 双密钥加密密码体制( 又称为非对称加密体制) 是指，使用该加密算 法加密和解密时使用不同的两个密钥。它的提出就是为了解决对称加密体 制中的密钥安全传输难题。1 9 7 6 年，d i f f i e 和h e i m a n 在他们的奠基性 的工作“密码学的新方向”一文中，提出一种密钥交换协议，允许在不安 全的媒体上通讯双方交换信息，安全达成一致的密钥。在此基础上出现了 双密钥密码体制，也就是不对称密钥密码体制，又称为公开密钥密码体制。 之所以称为“公开密钥密码体制”是因为在这种算法中，加密密钥不同于 解密密钥，把加密密钥公之于众，称为公钥；解密密钥自己妥善保存，称 一8 一 查堕里三查兰堡主兰堡垒苎一 为私钥。如b 给a 发一个加密的信息，只需用a 的公钥加密届发给a 即可， a 用私钥解密。这样，通信的双方无需保密交换密钥，就可以进行加密通 讯f ”。 公钥加密密码体制中的两个密钥之间存在相互的依存关系：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。若以公钥作加密密 钥，以用户私钥作解密密钥，则可以实现多用户加密的信息只能由一个用 户解读。反之，以私钥作为加密密钥，以公钥作为解密密钥，则实现了由 一个用户加密的信息由多个用户解读。前者可以用于数据加密，后者可以 用户数字签名。常用的公钥算法有r s a ，d s a 等。r s a 是目前进行保密通 信和数字签名的最有效的安全算法。它的名字取i h 三个创始人：r iv e s t ， s h a m i r 和a d e i m a n l 9 1 【”i 。 公钥加密密码体制相对单密钥密码体制有所需密钥数量少，无需保密 传输密钥的优点，但是它的算法相当复杂，计算速度慢，效率低，不适于 加密大批量数据。所以在实际使用中是把二者结合起来使用：用非对称加 密算法加密数据，而用公钥加密算法加密对称算法的密钥，以提高加密的 效率。 2 2 3 单向散列函数 图23 非对称加密 单向散列函数是一类有特殊要求的散列函数，具有以下的性质：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 ( 输出) ；难以对指定的摘要生成报文；难以生成两个不同的报文具有相 - - 9 - - 查曼里三奎堂堡主兰垡兰苎一 同的摘要。常用的单向散列函数有m d 一2 ，m d 一4 ，m d 一5 ，s h a l 等。因为 这些函数有以上特殊的性质，把它们和非对称加密密码体制结合起来使 用，就可以对数据的作数字签名，保护数据完整性，实现抗抵赖性 第三节混合密钥体系 从前面的对称加密算法和非对称加密算法可以看出，如果对这些算法 单独进行应用，效果都不太理想。目前在大多数的实际应用中，常常把二 者结合起来进行应用，非对称密钥密码用来保护和分发会话密钥，会话密 钥用在对称算法中，对通信消息进行保密，这种系统称为混合密码体系一1 。 其工作协议如下： ( 1 ) b o b 将他的公开密钥发给a l ic e 。 ( 2 ) a 1i c e 产生随机会话密钥k ，用b o b 的公开密钥加密，并把加密 的密钥e 。( k ) 送给b o b 。 ( 3 ) b o b 用他的私人密钥解密a 1 i c e 的消息，恢复出会话密钥： d l ，( e l ，( k ) ) = k 。 ( 4 ) 他们两人用同一会话密钥k 对他们的通信消息进行加密。 在此协议中把对称密钥和非对称密钥结合起来，使得密钥便于分发和传 播，而且加密速度快，提高了通信的效率。作为一个基础协议广泛应用安 全通信中，保证信息安全。 第四节数字签名体系 数字签名是对现实中的文件手写签名的一种数字化的形式，它 是利用用户的密钥来对需签名的信息做加密处理来实现的，使得其他用户 通过签名信息可以鉴别发出此信息的用户身份。 奎堕翌三茎兰堡圭茎垡篓苎一 日前的数字签名常采用非对称密码算法和哈希算法来实现。哈希算法 的主要目的是节约签名时间，提高签名效率。在数字签名体系中包括：签 名和验证签名两个部分。下面是这个协议的工作过程： ( 1 ) a l i c e 对待签名的文件做哈希运算，得到文件的哈希值。 ( 2 ) a l i c e 用她的私人密钥对文件的哈希值进行加密，得到文件的数 字签名。 ( 3 ) a l i c e 将文件和文件的数字签名一起送给b o b 。 ( 4 ) b o b 用a 1 i c e 发送的文件产生该文件的哈希值，同时用a l j c e 的 公开密钥对该文件的数字签名做解密运算。若解密得到的哈希值与自己产 生的哈希值匹配，则签名是有效的。否则签名是无效的。 数字签名有着很广泛的用途，概括起来主要有两个基本作用： ( 1 ) 使得信息具有可鉴别性。其他用户可以通过验证数字签名来鉴别 信息发出者身份。 ( 2 ) 使得信息具有完整性。其他用户可以通过验证数字签名来判断信 息是否被更改。 其它对数字签名的应用，都是在这两个基本作用上的种延伸。 第五节密钥管理体系 为了保证信息的安全，我们经常需要对信息进行安全处理，这其中包 括加密、数字签名等，这个过程中最敏感和重要的问题是密钥的使用。密 钥的生命期包括：密钥的产生、密钥的保存和使用、密钥的销毁三个阶段。 因此一套合理的密钥管理体系对规范信息安全起到决定性的作用。 密钥管理体系h 饱括：密钥的产生、密钥的存储、密钥的销毁、加密 算法的选用，以及各种密钥管理和使用策略、认证鉴别机制等。从目前的 实际应用情况看，有两种密钥管理体系，一种是数字证书密钥管理体系， 奎蔓里三盔兰堡主兰竺堕苎一 一种是p g p 分布式密钥管理体系。这里我们主要介绍数字证书密钥管理体 系。 1 5 1数字证书及证书结构 甲方有了一对公钥和私钥，他把自己的公钥传给乙方，丽乙方需要确 认该公钥是甲的，而不是他人伪造的。这就要通过数字证书来证明。数字 证书就是由用户的公钥和用户信息，其他信息以及用大家都信任的第三方 c a 的私钥对这些信息所作的签名构成的一段特殊格式的编码。c a 确保这 些用户信息的真实性，同时用他的签名保证信息的完整性。相信c a 的人 在用c a 的公钥确认了签名有效之后，就可以相信证书中含有的公钥确实 有其中用户信息所代表的用户所有。c a 的公钥也以证书的形式发放。同 时c a 建立相应的措施确保用户可以方便的得到这些证书。 现在广泛使用的数字证书标准是x 5 0 9v 3 。x 5 0 9 正式的名称为i - - tx 5 0 9 或i s 0 i e c 9 5 9 4 8 ，首次于1 9 8 8 年作为x 5 0 0 d i r e c t o r y r e c o m m e d a t i o n s 的一部分出版，其格式为v l 版本。在v 1 版本中，证书 有一些基本的内容包括：证书版本，证书序列号，签名算法，发布者，有 效期，主体，主体公钥，密钥用途，c a 签名等。 当x 5 0 0 于1 9 9 3 年修改时x 5 0 9 标准也作了修改，在证书中增加了 两个新的域，由此产生了v 2 版本，用于支持目录的访问控制。在实施p k i 系统时，i s o i e c 和a n s i x 9 对v 2 版本进行了扩展，开发了v 3 版本。这 些扩展域包括用户标识信息，密钥属性信息，策略信息，证书通路约束等。 x 5 0 9 数字证书是p k i 技术的重要组成部分。p k i 技术已经被人们广泛 的接受了，x 5 0 9 证书也就逐渐被人们所熟悉，并被广泛使用 6 i 。 数字证书一般由大家都信赖的第三方一一认证中心c a 2 】签发。c a 的 主要职能就是签发，注销，冻结，解冻，更新用户证书，同时把证书以及 太原理工大学硕士学位论文 证书注销列表发布到l d a p 目录服务器，使用户可以方便地得到这些信息。 认证中心在整个信任金字塔的顶端，是信任权威。它本身由自己的证书， 它用该证书对应的私钥签署其他证书，形成一个一层的信任结构。这种结 构也可以是多层的。如一个认证中心可能有三层的结构，如有一个 r ( 根) c a 证书，一个p ( 策略) c a 证书，一个0 ( 操作) c a 证书。这三张证 书逐级签发。即根c a 证书是一张自签名的证书，它给p c a 证书签名，p c a 给o c a 证书签名，o c a 给普通的用户证书签名。r c a 只有一个，而p c a ， o c a 都可以有多个。这就组成了一个树根状的信任结构。由于以上的签发 关系，使证书之间也形成了这种树根状的结构关系。 图2 4 证书信任链结构 如果其中一个结点证书的私钥泄漏，就会与结点相连的位与其下的所 有信任关系实效。因此，位于信任树根结点的认证中心必须保证是安全的， 否则所有的信任关系都无法建立。实际中建立和使用的认证中心都从机 房，硬件t 软件t 实施策略，制度等多方面采取措旌，保护自己私钥的安 全。 2 5 2 数字证书的生成流程 用户在客户端生成对公钥算法( 如r s a ) 的密钥，把其中个作为 自己保存的私钥，另一个作为发布的公钥。把自己的用户名，公钥，以及 一1 3 奎蹩墨三查塑主篓毽笙邑 瘸鹈锈对叛上羧器箨鹣签名数据羟残一令p k c s i o 撂飧1 匏谨书请求文 件。把该请求数据发给认证系统c a 。c a 验诞了签名以后，签发个x 5 0 9 的数字证书，返回给用户。证书中就包含了用户掇交的用户名和公钥a 在 这浆，建产豹私锈是不准，蠢蚕需瑟传给黥，悉嚣一黢不准簧测纛备份。 如果狂w i n d o w s 系统下用i e 浏览器申请测试证书，密钥在系统的密 钥容器中生成，生成t i 芷书后把证书也导入到系统证书容器中保存1 2 j 。在实 际鹣傻鬟串，恣霹凑弱鹋8k e y 或餐能l e 卡来垒残密钢戳及 疆书豹窜请 书。其中，私钥保存在物理介质中，不可导出，且有用户设置的p i n 髓令 的保护，使他人光法复制和备份。溺需要使用私钥作签名或解密操作时， 甓输入p i n 疆令，然嚣才霹蔽：滋行。蠢于u s bk e y 线智麓j c 卡琵鞍安全， 体积小，携带、使用都缀方便，现在已经被越来越多地应用在现实系统中。 2 5 。3数字证零有效拨验涯 数字诞每有效性豹验证包括以下a 令方嚣：滠赘是孬在有效翘痰；诞 书上的签名是否肖效；证书是蔷被注销。证书是谣在有效期，题指现在的 时间是否在证书上标萌的有效期内，谎书是否开始生效或者是磷过期。证 参土熬签痿是否蠢效，楚据涯誊上豹签名是否莲l 试幸搴孛灏拣明懿矮发纛豹 证书所对威的私钥所作的，以殿该签名的对象是否是本诚书内容。由于证 书镳的掰状结构，我们需要由根证书超逐缀从上剐下验诫，直列该证书。 兹a 是擐 燕警，a 签发8 ，8 签发e 。篱先要穗& 熬公锾骏涯文主熬签名， 再用a 的公钥验诞b 上的签名，用b 的公钥验证c 上的签名。确保每一级 都怒正确的，这样才能诫明证书c 是真实，有效的。证书被注销是指诫书 在鸯效麓痰，霞为菜秘簇因热滚书豹私锈澄潺，悔疑灌潺，或丢失等，堵 户到认证中心声明自己的证书作废，认证中心就注销掉该证书，把证书的 序列号存放到一个c r l ( 证书液销列表) 文件中，井把该文件发放到对外 查曼墨三查堂堡兰兰堡丝皇一 发布的l d a p 目录服务器上，供用户查询。该文件上有c a 的中心的签名， 防止他人伪造。在验证时，从目录服务器中取得该c r l ，验证签名，然后 确定需验证的证书的序列号是否在c r l 中，如果是，则说明该证书已被注 销，否则则说明证书未被注销。 以上的验证都通过以后，就说明该证书是有效的，真实的，可以信赖。 当然，这种信赖的基础是我们相信认证中心是安全和可信赖的。 第六节数字证书的应用 如上所述，数字证书中含有用户的基本信息，c a 中心为证书用户提供 了一系列认证和鉴别措施，所以，把证书与其所对应的私钥配合使用就可 以实现对用户的身份鉴别，加密，签名等功能。如今，数字证书已经被用 在相当广泛的领域，涉及到网络协议的各个层面。 在b s 模式的系统，广泛使用的s s l 协议【l6 j 就是应用数字证书的典型 例子。s s l 安全通信链接现在一般用于保护w e b 站点和用户浏览器之间的 通信，它已经成为w e b 服务器的一个标准配置。在电子商务领域具有重要 影响的s e t 协议同样使用数字证书作为基本的安全保障。p k i 厂商在这一 领域几乎都有自己的安全产品，在实际中使用的也很多。他们也开发了许 多使用使用数字证书的c s 系统，如吉大正元信息股份有限公司的电子邮 局，网页修改监控，单点登录等都使用了数字证书。常用的安全电子邮件， s p k m 协议7j ，i p s e c 同样也使用了数字证书。 在我国数字证书的应用还处于初级的水平，各种技术还不成熟，没有 一定的规范可以遵循。数字证书的应用还直接影响我国p k i 的发展，没有 广泛的应用作支持，没有认证中心的发证数量，认证中心可能就无法维持。 做好数字证书应用方面的工作，可以促进我国p k i 的健康发展。 奎蹩墨三鑫鲎堡圭堂筵鲨苎一 第三章c f c ar a 嚣求分析 第一节中莺金融认迸中心简介 中国众融认证中心( c f c a ) 是应社会各界对网上电子交翁安全认证 熬豢隶，峦串溪金融赛藏立瓣一令全国霞鹃金融议证串心。它是壹审嚣 人民银行牵头，组织中国工商银行、中国农业银行、中蹦银行、中国建设 银行、交通银行、中信实业银行、中国光大银行、华夏锻行、深圳发展银 萼亍、招囊银嚣、广东发蒺银行、串溜强生锻行、福建兴渡镶蟹等1 3 容巅 业银行联合共建，是中国第一家金融认证中心。c f c a 工程在1 9 9 9 年3 月 2 9 号开始招标，由十大厂商开始投标，其中包括i b m 、惠普、s u n 等公司。 c f c a 疆蠢获撂掭发毒会舞始，藏嚣经过阕檬、评稼、谈字l 及选鳖过程， 1 9 9 9 年8 月3 0 网c f c a 工程照式签约。s e t 系统中标商为i b m 公司，n o n s e t 系统中标商为德达s u n e n t r u s t 集团。这个工程历经一年多时间， 手2 0 0 0 冬6 胃2 9 鑫竣工，芷式颁发证书。 c f c a 作为一个权威的、可信赖的、公正的第三方信任机构，专f 负 责为电子商务的备种认证需求提供证书服务，为参与网上交易的各方提供 安衾弱基璇，建立棱琵信任豹穰铡。劳盈在中国电子商务发震中，缀绞并 参与有关罔上交易规则的制定，以及确立相应的技术振准，提供髓上支付， 特别是跨行网上支付的相互认证等。c f c a 为了满足金融业在电子商务方 嚣豹多秘嚣求，嚣供多释证书采支持各成员行及备疵用单位对魄予商务的 开发以及威用。c f c a 全甄支持电子商务的聪静主要业务模式( 8t o8 鞠 bt oc ) 。 c f c a 懿诀证中心分梵两部分：s e tc a 和n o n - - s e tc a f 播1 ，它们分掰 查墨里三查兰堡主兰垡堡苎一 能提供s e t 和非s e t 两种不同的认证方式。由于s e t 方式交易的复杂性， 现在大部分的应用都使用n o n s e t 架构。在本文中以后的章节所有c f c a c a 系统均指n o n - - s e tc a ， c f c ac a 系统采用加拿大e n t r u s t 公司提供的产品，具有三层式结构。 第一层c a 即根c a ，设在中国人民银行总行。它负责制定和审批总体政策， 确定每层c a 的功能和职责，给自己签发证书，并签发和管理第二层( a 的证书及与其它根c a 的交叉认证。第二层c a 可称为”品牌c a ”或”政策 c a ”。它根据根c a 的政策制定具体的管理制度和运作规范，签发和管理第 三层c a 的证书和证书撤销列表( c r l ) 等。第三层c a 可称为用户c a 或操 作c a 。它根据根c a 制定的政策和第二层c a 的具体规定，直接给最终用 户( 持卡人、商户、企业、支付网关等) 发放各种应用的数字证书，并管 理其所发证书和证书撤销列表( c f ? 1 ) 。 c f c a 目前为最终用户提供以下六种证书：个人普通证书，个人高级证 书，企业普通证书，企业高级证书，w e b 服务器证书，d i r e c t s e r 、| 7 e r 证 书。对于c f c a 用户的注册过程都是由用户亲自到证书注册机构( r a ) ，以 手工方式提交给r a 管理员注册信息。而后r a 管理员将每用户的信息录入 到r a 业务系统中，审核通过后，产生一次性共享秘密，即用户证书的参 考号和授权码。这个一次性的共享秘密将由r a 以安全可靠的方式提交给 新用户。用户可以通过c f c a 证书客户端软件或证书下载w e b 服务，使用 取得的参考号和授权码来取得自己的高级或普通数字证书。此后，如用户 希望对自己的证书进行其它操作，也需要到r a 来提出申请。 第二节c f c ar a 需求的提出 r a 作为p k i 系统的重要组成部分，r a 的建设直接影响到c a 的认证业 务a 现有的大多数认证中心都采用了自建r a 的方式，直接面向最终用户 一1 7 一 奎篷垄三查鲎堡兰堂焦笙苎一 发放衮管理证书，这辩予嚣域牲熬c a 系统瑟畜，峦予蒸震户豹一般羯袋 子定的区域范屡，因此只建立一两个r a 机构就可以满足需疆。对于行 业性的c a ，它的用户狠多，而且可能分布于全西各地。如果猩全国范围 肉广泛建悫盔接嚣海激终餍声翡注j l | 结褥，就会鸯缀多爨难。 首先这要蠢大量资金和人员的投入对予还没肖盈利的c a 掰言比较困 难。其次这些r a 的维护全由c a 中心完成也是十分困难的。第三，行业性 e 蠢懿最终建户蠢一转淼，裁楚多戳奉行鼗酌菜一凝擒为孛心彤成个集 团，如果不考虑最终这特点，盲鬏地建立r a 就有可能造成浪费。 正是由于以上几点，c f c a 没有大范围建立感接面对最终用户的诞书 注爝单位( 舔r a ) ，露楚采麓l 蓦资 义单位建戳懿狻特方式：辫子捐肖鸯 己客户的单位，酃是由爨己建立c f c a 证书注册机构，同时和c f c a 签订协 议。这一方式有几个优势：第，协议单位出资建立r a 系统，就使c f c a 骞了缀多鹣资金黟天受投入，毪少了黻维护静费鬻。第二，辩协议攀位 面蠢，不援要花很多钱就可以使用认证系统，省了自建c a 的庞大投入， 同时协议单位可以对自己用户的证书有自主的管理权限，在使用上就如同 燕囊建醵认涯系统一徉方便。这样蕊节省了投入述得蓟了c f c a 优质，离 效的证书服务。第三，对于c f c a 的终端用户丽富，她们可以农使用协议 单位金融她务的同时方便地得到自己的证书。可以说这种模式对于三方都 畜鼯薤。 c f c a 自建立以来有过三秘黻系统。最晕的是单层缝构的融系绞。 如前所述，c f c a 使用的是e n t r u s v 公司的p k i 产品，该产品中自带个 r a 系统。该豁系统壹接和c a 连接，是一个擎层绥构的r a 系统，由予系 统没有经过客户化，有许多功魅不能够满足c f c a 蜘霉求。基兹c f c a 只爝 它来发放管理员诞书，丽不用于具体业务。在c f c a 建设的同时，德达公 露和吉大摄元瞥会作客户纯开发了一释w e b 模式的r a 系统，系统为两磋 奎堕里三查兰堡主兰竺堡苎一 结构，能够支持多个r a 受理点、支持用户注册的录入操作和审核操作分 开的机制。但该系统不够完善，而且它与c a 直接相连，在协议单位自建 r a 的运作模式下就存在安全的隐患。为了在这种运作模式下广泛地建r a ， c f c a 提出了在c a 和r a 间使用建立前置机的r a 模式：由c f c a 开发前置 机，并提供前置机接口给协议r 。、丌发商，r a 开发商开发r a 系统，协议 r a 使用单位向r a 开发商购买使用r a 系统。 c f c a 先后提出了两种前置机，第一种采用了批处理的方式，把请求 集中到一个文件中，然后再集中处理；另一种是采用在线的直连方式与 c a 相连，发送请求后，可以立即取得结果。第一种方式在前一个时期使 用过，但由于其使用不方便，反应速度较慢，现在已经被淘汰。第二种前 置机，因其采用在线的方式处理请求，使用方便，反应迅速，成为现在被 使用的模式。 采用前置机模式有以下几点好处。首先，用前置机连接r a 和c a 可以 确保c a 的安全。前置机在r a 和c | 、之间起到了隔离的作用，它只向r a 提供有限，但可以满足正常需要的接口，限制的r a 的请求。r a 向前置机 发送请求，前置机系统再而向c a 转发该请求，并从c a 取得操作的结果， 返回给r a 。r a 并不直接对c a 操作，这就充分保护了c a 的安全。并且r a 要与前置机建立连接，必须使用由c f c a 签发的高级证书，并且需要得到 c f c a 的授权，然后双方建立s p k m 连接，对相互传递的信息进行加密解密， 确保相关的信息不被非法的第三方窃取。 其次，在前置机接口的基础上，可以更加灵活地开发r a 系统。c f c a 提供与前置机相连的接口，r a 的开发商可以在此基础上开发自己的r a 系 统。前置机接口提供了r a 与c a 间操作的接口，提供了r a 应具有的基本 功能。由于对于r a 开发商没有特别的限制，他们可以充分发挥自己的聪 明才智，开发具有自己特色的r a 系统来满足协议r a 用户的需求。 查垦堡三查堂璺主兰垡焦奎一 第三，这种运作的模式使c f c a ，r a 开发商，协议 t a 用户都得到好处。 c f c a 只提供前置机接1 ：3 ，不对r a 开发，培训，应用负责，减轻的负担。 r a 开发商对c f c p , 和协议r a 用户负责，提供符合c f c a 和用户双方要求的 r a 系统。可以根据不同的应用要求对r a 系统作相应的客户化的工作，并 且能对用户作相应的培训，维护等。r a 用户也可以有选择的余地，选取 自己需要的系统。对r a 开发商丽言，开发r a 系统有一定的利润空间，也 就有追求的动力。r a 开发商和c f c a 的结合，分别基于自己利益的追求， 可以为用户提供更好的服务，对c f c i 证书应