数字证书调研整理-基本概念
PKI的基本组成:
1 终端实体
|
证书的申请者和持有者。既证书格式中的主体。 |
2 认证中心（CA）
CA 是证书的颁发机构，是PKI 的核心，职责是接收终端用户的申请，决定是否为其颁发证书；处理证书的更新请求；处理证书的查询请求；发布CRL 等。
3 RA
协助CA 负责为已授权的证书申请者制作、发放和管理证书，在RA 存在的情况下，终端实体通过RA 提出证书申请，此时终端实体除了获得CA 自签名证书外，还要获得由CA 颁发的RA 证书。
4 证书库
证书库是CA颁发证书和撤消证书的集中存放地。
SCEP，Simple Certificate Enrollment Protocol，简单证书登记协议。 由Cisco公司开发，用于网络设备的证书登记协议，采用PKCS#10和PKCS#7来支持证书的请求和响应消息。SCEP支持CRL和网络设备作出的证书询问，SCEP不是完整的证书管理协议，SCEP是为网络设备部署PKI的惟一可行的选择。
SCEP 在申请证书前需要具备以下两个前提条件：具有一对RSA 密钥；已知CA 服务器URL。SCEP 拥有的这对密钥即是将来CA 颁发的服务器证书中SubjectPublicKeyInfo域中要包含的内容，同时，SSL 在剩余的建立连接过程中还要使用其中的密钥信息，因此密钥的生成可以交由SSL 模块完成，之后再将密钥提供给SCEP 用来申请证书。因为SCEP 申请证书的过程用到了HTTP 消息，所以必须知道CA 服务器的URL。
openssl中有如下后缀名的文件：
.key格式：私有的密钥
.crt格式： 证书文件，certificate的缩写
.csr格式： 证书签名请求（证书请求文件），含有公钥信息，certificate
signing request的缩写
.crl格式： 证书吊销列表，Certificate Revocation
List的缩写
.pem格式：用于导出，导入证书时候的证书的格式，有证书开头，结尾的格式
常用证书协议：
x509v3: IETF的证书标准
x.500: 目录的标准
SCEP: 简单证书申请协议，用http来进行申请，数据有PKCS#7封装，数据其实格式也是PKCS#10的
PKCS#7: 是封装数据的标准，可以放置证书和一些请求信息
PKCS#10: 用于离线证书申请的证书申请的数据格式，注意数据包是使用PKCS#7封装这个数据
PKCS#12: 用于一个单一文件中交换公共和私有对象，就是公钥，私钥和证书，这些信息进行打包，加密放在存储目录中，CISCO放在NVRAM中，用户可以导出，以防证书服务器挂掉可以进行相应恢复。思科是.p12,微软是.pfx
X.509
X.509被广泛使用的数字证书标准，是由国际电联电信委员会（ITU-T）为单点登录（SSO-Single Sing-on）和授权管理基础设施（PMI-Privilege Management Infrastructure）制定的PKI标准。X.509定义了（但不仅限于）公钥证书、证书吊销清单、属性证书和证书路径验证算法等证书标准。
X.509最初是在1988年的7月3日发布的，版本是X.509 v1，当时是作为ITU X.500目录服务标准的一部分。它设定了一系列严格的CA分级体系来颁发数字证书。和其他网络信任模型（譬如PGP)对比，任何人，不仅仅是特定的 CA，可以签发并验证其他密钥证书的有效性。
X.509 2 版引入了主体和签发人唯一标识符的概念，以解决主体和/或签发人名称在一段时间后可能重复使用的问题。大多数证书监视文档都极力建议不要重复使用主体或签发人名称，而且建议证书不要使用唯一标识符。版本 2 证书尚未得到广泛使用。
X.509 3 版是最新的版本（1996 年）。它支持扩展的概念，因此任何人均可定义扩展并将其纳入证书中。现在常用的扩展包括：KeyUsage（仅限密钥用于特殊目的，例如“只签”）和 AlternativeNames（允许其它标识与该公钥关联，例如 DNS 名、电子邮件地址、IP 地址）。扩展可标记为“极重要”，以表示应选中该扩展并强制执行或使用。例如，如果某一证书将 KeyUsage 扩展标记为“极重要”，而且设置为“keyCertSign”，则在 SSL 通信期间该证书出现时将被拒绝，因为该证书扩展表示相关私钥应只用于签写证书，而不应该用于 SSL。
证书
在X.509系统中，CA签发的证书依照X.500的管理，绑定了一个唯一甄别名（DN-Distinguished Name ），可以包含多个字段和值，还可以支持别名（Alternative Name ）。
一个组织受信任的根证书会分发给所有需要用到的PKI系统的员工手上。主流浏览器：IE、Netscape/Mozilla，Opera和 Safari会预先安装一部分根证书，这些根证书都是受信任的证书认证机构CA，这样他们颁发的证书，浏览器将可以直接信任。虽然用户可以删除或者禁用这些根证书，但事实上，用户很少这么做。在最新的微软平台，甚至会在用户移除了预先安置的根证书后，当用户再访问这些被删除的根证书网站的时候，会自动将这些根证书恢复到信任列表中。
X.509包含了一个证书吊销列表（CRL-Certificate Revocation List）实施的标准，这在PKI系统中经常被人所忽略。IETF提出的检查证书有效性的方法是在线证书状态(OCSP- Online Certificate Status Protocol)。Firefo3 缺省就是使用OCSP协议。
证书结构
X.509 v3证书数据结构如下：
Certificate证书
Version 版本
Serial Number 序列号
Algorithm ID 算法标识
Issuer 颁发者
Validity 有效期
Not Before 有效起始日期
Not After 有效终止日期
Subject 使用者
Subject Public Key Info 使用者公钥信息
Public Key Algorithm 公钥算法
Subject Public Key 公钥
Issuer Unique Identifier (Optional) 颁发者唯一标识
Subject Unique Identifier (Optional) 使用者唯一标识
Extensions (Optional) 扩展
…
Certificate Signature Algorithm 证书签名算法
Certificate Signature 证书签名
数字签名
h–Hash计算
E–加密计算
D–解密计算在签发者处，首先求出传递消息Info的HASH值，然后用私钥Private Key对Hash值做加密，然后将传递消息原文Info和经过加密的HASH值一起发给接受者，接受者首先用签发者的公钥揭开密码，然后对收到的Info 原文计算HASH值，然后比对是否相对，如果相同，则认证成功。
证书扩展文件名
.cer, .crt – 通常被用于二进制的DER文件格式 (同于.der), 不过也被用于Base64编码的文件 (例如 .pem).
.P7B – 同于 .p7c
.P7C – PKCS#7证书格式，仅仅包含证书和CRL列表信息，没有私钥。
.PFX – 同于 .p12
.P12 – PKCS#12文件, 包含证书（公钥）和私钥（受密码保护），已经完整的证书链信。
PKCS#7 是一种将数据加密和签名（正式名称是“enveloping”）的技术标准。 它描述数字证书的语法和其他加密消息——尤其是，数据加密和数字签名的方法，也包含了算法。但PKCS#7不包含私钥信息。
PKCS#12 定义了一个用于保存私钥和对应公钥证书的文件格式，并由对称密钥加密保护。PKCS#12通常采用PFX,P12作为文件扩展名。 PKCS#12文件可以存放多个证书，并由密码保护，通常用于WINDOWS IIS，也能够被当作Java Keysotre文件使用，用于Tomcat，Resign，Weblogic，Jboss等，不能被用于Apache.
X.509证书示例
以下是一个颁发给login.yahoo.com的 X.509证书解码的案例，文件的实际大小大约是1KB字节。这个证书是由GeoTrust（现在已经被Verisign收购）签发。所以在签发者栏目中，可以看到“Equifax Secure Certificate Authority” （这家已经被Geotrust收购，目前Geotrust所有的证书都由这个根证书签发）。在使用者（Subject）中包含多条信息，不过最重要的是通用名（Common Name, CN）,因为这个部分是用来和网站的域名相匹配的，同时也包含了RSA的公钥以及Geotrust的签名，目前所有的SSL证书都采用SHA1 HASH算法计算特征值。
Certificate:
Data:
Version: 3 (0×2)
Serial Number: 368716 (0×5a04c)
Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
Issuer:C=US,O=Equifax,
OU=Equifax Secure Certificate Authority
Validity
Not Before: Jan 4 17:09:06 2006 GMT
Not After : Jan 4 17:09:06 2011 GMT
Subject: C=US, ST=California, L=Santa Clara,
O=Yahoo! Inc., OU=Yahoo, CN=login.yahoo.com
Subject Public Key Info:
Public Key Algorithm: rsaEncryption
RSA Public Key: (1024 bit)
Modulus (1024 bit):
00:b5:6c:4f:ee:ef:1b:04:5d:be:70:4a:d8:55:1d:
8a:77:0d:c1:45:00:f5:3b:1a:10:dd:d7:f7:bb:7a:
65:54:7f:60:d2:16:bb:bd:12:a5:78:78:d6:b3:50:
4e:ba:17:48:27:7a:22:6f:2a:7c:1d:a2:36:22:d8:
59:a2:ae:3a:0b:d4:d2:1b:8a:0e:5a:89:a9:e4:9a:
ff:db:3f:04:e2:9b:75:c1:8d:c5:8c:05:a1:f3:b5:
92:5e:a1:44:49:19:e4:90:b4:e9:ef:e4:5d:b2:20:
6d:f9:23:76:b8:b2:d4:af:a3:06:f5:9e:03:8f:b8:
82:05:21:11:25:44:3a:80:05
Exponent: 65537 (0×10001)
X509v3 extensions:
X509v3 Key Usage: critical
Digital Signature, Non Repudiation,
Key Encipherment,Data Encipherment
X509v3 Subject Key Identifier:
A0:1E:6E:0C:9B:6E:6A:EB:D2:AE:5A:4A:18:FF:0E:93:
46:1A:D6:32
X509v3 CRL Distribution Points:
URI:http://crl.geotrust.com/crls/secureca.crl
X509v3 Authority Key Identifier:
keyid:48:E6:68:F9:2B:D2:B2:95:D7:47:D8:23:20:10:
4F:33:98:90:9F:D4
X509v3 Extended Key Usage:
TLS Web Server Authentication,
TLS Web Client Authentication
Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
50:25:65:10:43:e1:74:83:2f:8f:9c:9e:dc:74:64:4e:71:27:
4e:2a:6e:4a:12:7b:4c:41:2e:61:4a:11:0b:41:a6:b1:52:cb:
13:76:b6:45:e4:8d:d4:00:9a:3b:02:c7:82:29:01:a3:ee:7d:
f7:b9:02:88:9d:3e:c3:1c:e6:3d:d3:90:fc:9c:56:db:19:9d:
ab:a8:03:80:7d:c4:e2:c4:09:33:9e:58:5b:77:37:89:59:a3:
86:8e:a1:df:b3:bb:02:ed:21:62:fb:ba:c2:ba:e8:d4:8f:66:
c1:a5:5f:ad:f9:3f:cf:22:9b:17:57:a0:ca:28:c6:76:03:a4:
c4:e7
为了验证这个证书，需要用这个证书签发者的根证书（Geotrust的Equifax Secure Certificate Authority）。由于这个证书是用Geotrust的根证书的私钥来签名的，所以我们可以用Geotrust的公钥来对证书的SHA1哈希值进行解码，然后验证解码后的哈希值是否和证书的哈希值一致。以下是Geotrust根证书的样例：
Certificate:
Data:
Version: 3 (0×2)
Serial Number: 903804111 (0×35def4cf)
Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
Issuer:C=US,O=Equifax,
OU=Equifax Secure Certificate Authority
Validity
Not Before: Aug 22 16:41:51 1998 GMT
Not After : Aug 22 16:41:51 2018 GMT
Subject:C=US,O=Equifax,
OU=Equifax Secure Certificate Authority
Subject Public Key Info:
Public Key Algorithm: rsaEncryption
RSA Public Key: (1024 bit)
Modulus (1024 bit):
00:c1:5d:b1:58:67:08:62:ee:a0:9a:2d:1f:08:6d:
91:14:68:98:0a:1e:fe:da:04:6f:13:84:62:21:c3:
d1:7c:ce:9f:05:e0:b8:01:f0:4e:34:ec:e2:8a:95:
04:64:ac:f1:6b:53:5f:05:b3:cb:67:80:bf:42:02:
8e:fe:dd:01:09:ec:e1:00:14:4f:fc:fb:f0:0c:dd:
43:ba:5b:2b:e1:1f:80:70:99:15:57:93:16:f1:0f:
97:6a:b7:c2:68:23:1c:cc:4d:59:30:ac:51:1e:3b:
af:2b:d6:ee:63:45:7b:c5:d9:5f:50:d2:e3:50:0f:
3a:88:e7:bf:14:fd:e0:c7:b9
Exponent: 65537 (0×10001)
X509v3 extensions:
X509v3 CRL Distribution Points:
DirName:/C=US/O=Equifax
/OU=Equifax Secure Certificate Authority/CN=CRL1
X509v3 Private Key Usage Period:
Not After: Aug 22 16:41:51 2018 GMT
X509v3 Key Usage:
Certificate Sign, CRL Sign
X509v3 Authority Key Identifier:
keyid:48:E6:68:F9:2B:D2:B2:95:D7:47:D8:23:20:10:
4F:33:98:90:9F:D4
X509v3 Subject Key Identifier:
48:E6:68:F9:2B:D2:B2:95:D7:47:D8:23:20:10:4F:33:
98:90:9F:D4
X509v3 Basic Constraints:
CA:TRUE
1.2.840.113533.7.65.0:
0…V3.0c….
Signature Algorithm: sha1WithRSAEncryption
58:ce:29:ea:fc:f7:de:b5:ce:02:b9:17:b5:85:d1:b9:e3:e0:
95:cc:25:31:0d:00:a6:92:6e:7f:b6:92:63:9e:50:95:d1:9a:
6f:e4:11:de:63:85:6e:98:ee:a8:ff:5a:c8:d3:55:b2:66:71:
57:de:c0:21:eb:3d:2a:a7:23:49:01:04:86:42:7b:fc:ee:7f:
a2:16:52:b5:67:67:d3:40:db:3b:26:58:b2:28:77:3d:ae:14:
77:61:d6:fa:2a:66:27:a0:0d:fa:a7:73:5c:ea:70:f1:94:21:
65:44:5f:fa:fc:ef:29:68:a9:a2:87:79:ef:79:ef:4f:ac:07:
77:38
如果签发证书的根证书，在浏览器的根信任列表中，浏览器就会主动识别该证书是安全的，反之，浏览器就会提出一个警告。GeoTrust的根证书已经被全球 所有主要浏览器：Internet Explorer, Netscape ,Mozila ,Opera, Firefox, Safari安装在缺省的信任根证书列表中，GeoTrust签发的证书被广泛的信任和接受。
