PKI体系与PKCS#7（Signed-data）结构
起源
PKI出现之前的加密通信系统都存在一些问题。
明文传输：A和B之间的信息易被C窃取和篡改。
加密传输（对称密钥）：需要在通信前将密钥安全分发到对方。
加密传输（公钥密钥）：加密速度慢。
数字信封：
A要给B发消息，A有一个对称密钥，B有一个非对称密钥（包括公钥和私钥）。
A先将明文用对称密钥加密，然后用B的公钥对该对称密钥进行加密，将明文加密结果和对称密钥加密结果一起发给B。
B收到后使用自己的私钥对该对称密钥加密结果进行解密，得到对称密钥，再使用对称密钥对明文加密结果进行解密，得到明文。
在上述过程中如果A所使用的B的公钥是假的，其实是攻击者C的公钥，A使用该公钥加密后，B是无法解密的，而C是可以解密的，C可以截取该消息，并用自己的私钥解密，最终得到明文信息。
因此需要一种方法确保一个特定的公钥属于一个特定的拥有者。
数字签名：
A向B发送消息，使用自己的私钥进行签名，将签名结果和原文一起发送给B，B使用A的公钥和原文进行验签。
这个过程中，如果B所使用的公钥是假的，是攻击者C的公钥，则对A发送过来的消息是无法验签的。而C可以截取该消息，对原文篡改后用自己的私钥进行签名，再发送给B，这时B对这个伪造的消息是可以验签的。
因此需要一种方法确保一个特定的公钥属于一个特定的拥有者。
数字证书
数字证书简称证书，是一个经过证书授权机构（即PKI中的证书认证机构CA）数字签名的文件，包含拥有者的公钥和相关身份信息。
证书有四种类型：
自签名证书：自己给自己签名，当没有办法向CA申请证书，但又要用到非对称加密算法时使用。
CA证书：CA给自己颁发的证书，拥有者和颁发者都是CA。当通信实体向CA申请本地证书时，需要先安装CA证书，使用CA的公钥加密信息再发送，即数字信封。
本地证书：CA给一个通信机构颁发的证书。
设备本地证书：实际颁发者是自己，是根据CA的证书来给自己颁发证书。
证书结构
最简单的证书包含一个公钥、名称以及CA的数字签名。
签名时对证书上的所有其他信息先计算哈希值，然后对该哈希值使用CA的私钥进行签名，得到签名值再放在证书里面。
验签时使用CA的公钥解密签名值，得到其他部分的哈希值，再对证书上其他部分用同样的HASH算法进行计算，比对得到的哈希值和解密的哈希值，若相同则说明该证书内容没有被篡改，该公钥是合法的公钥。
证书格式
设备支持三种文件格式保存证书
| 格式 | 描述 |
|---|---|
| PKCS#12 | 以二进制格式保存证书，可以包含私钥，也可以不包含私钥。常用的后缀有：.P12和.PFX |
| DER | 以二进制格式保存证书，不包含私钥。常用后缀有：.DER、.CER和.CRT |
| PEM | 以ASCII码格式保存证书，可以包含私钥，也可以不包含私钥。常用的后缀有：.PEM、 .CER和.CRT |
这里如果包含私钥的话，证书是一个文件，私钥是另一个文件，证书中不会包含私钥。
PKI体系
公钥基础设施PKI（Public Key Infrastructure），是一种遵循既定标准的证书管理平台，它利用公钥技术能够为所有网络应用提供安全服务。
PKI体系架构
一个PKI体系由终端实体、证书认证机构CA、证书注册机构RA、证书/CRL（证书废止列表）存储库四部分组成。
终端实体：向RA或CA申请证书、更新证书。
证书认证机构CA：负责颁发证书以及废止证书，通过发布证书或CRL信息到存储库来进行发布或废止。
证书注册机构RA：负责颁发证书，可分担CA的压力。
证书/CRL存储库：对终端实体开放，终端实体可以在存储库中下载所要通信的目的端的公钥信息，即证书。此外终端实体还可以通过带外加载的方式进行加载。
PKI生命周期
PKI的核心技术围绕着本地证书的申请、颁发、存储、下载、安装、验证、更新和撤销的整个生命周期展开。
证书首先要向CA申请，然后CA机构核实身份，颁发证书，存储在存储库中。
用户从存储库中下载证书，进行安装，然后验证证书有效期是否过期。
定期做更新，密钥被窃取等情况也要做更新。
如果证书不需要用了，就向CA申请注销。
证书申请
PKI终端实体生成一对公私钥。
将公钥和自己的身份信息发送给CA，CA核实PKI实体的身份，然后颁发证书。
私钥PKI实体自己保存，用来数字签名和数字信封。
PKI工作过程
针对一个使用PKI的网络，配置PKI的目的就是为指定的PKI实体向CA申请一个本地证书，并由设备对证书的有效性进行验证。
A与B向CA申请证书后，安装本地证书，然后从存储库中获取对端本地证书，验证对端本地证书的有效性，再建立通信。
PKCS#7
PKCS指“公钥密码学标准”，是RSA Security LLC于1990年代初设计和发布的一组公钥加密标准。
PKCS#7是在公钥加密系统中交换消息的一种加密标准。
ASN.1（抽象语法标记1），是一种定义抽象数据类型形式的标准。
PKCS#7的ASN.1结构描述为：
ContentInfo ::= SEQUENCE {
contentType ContentType,
content [0] EXPLICIT ANY DEFINED BY contentType OPTIONAL
}
即PKCS#7由contentType和content两部分组成，contentType是标识content的类型。
PKCS#7的content有六种类型，分别为：
- Data ---> 明文信息
- Signed-data ---> 数字签名
- Enveloped-data ---> 数字信封
- Signed-and-enveloped-data ---> 带签名的数字信封
- Digested-data ---> 信息摘要
- Encrypted-data ---> 加密数据
Signed-data类型
signed-date类型可用于存储证书和证书废止列表(CRL)。并且包括任意类型的数据和0个或多个签名者对数据的签名值。
.p7b文件是退化的SignedData结构，没有包括签名的数据，仅有证书和CRL。
ASN.1将该结构描述为：
SignedData ::= SEQUENCE {
version Version,
digestAlgorithms DigestAlgorithmIdentifiers,
contentInfo ContentInfo,
certificates [0] IMPLICIT ExtendedCertificatesAndCertificates OPTIONAL,
crls [1] IMPLICIT CertificateRevocationLists OPTIONAL,
signerInfos SignerInfos
}
其中digestAlgorithms、certificates、crls、signerInfos都是集合类型。
各字段解释如下
version：语法版本
digestAlgorithms：摘要算法列表，如果有多个签名者则分别对应他们的摘要算法。
contentInfo：要签名的内容
certificates：签名者的证书列表，PKCS#6扩展的证书和X.509证书格式
crls：证书废止列表
signerInfos：签名者信息列表
signerInfos
signerInfos结构描述为：
SignerInfo ::= SEQUENCE {
version Version,
issuerAndSerialNumber IssuerAndSerialNumber,
digestAlgorithm DigestAlgorithmIdentifier,
authenticatedAttributes [0] IMPLICIT Attributes OPTIONAL,
digestEncryptionAlgorithm DigestEncryptionAlgorithmIdentifier,
encryptedDigest EncryptedDigest,
unauthenticatedAttributes [1] IMPLICIT Attributes OPTIONAL
}
其中authenticatedAttributes、unauthenticatedAttributes都是集合类型。
各字段解释如下
version：语法版本
issuerAndSerialNumber：通过颁发者的可区别名和证书序列号来指定签名者的证书
digestAlgorithm：对内容进行摘要的算法和相关的参数。
authenticatedAttributes：签名者签名属性的集合，这个字段是可选的。
digestEncryptionAlgorithm：对摘要进行签名的算法
encryptedDigest：对内容的摘要值进行签名的结果，即签名值
unauthenticatedAttributes：没有被签名或认证的属性集，这个字段是可选的。
certificates
x.509 V3证书结构用ASN.1描述为：
Certificate::=SEQUENCE{
tbsCertificate TBSCertificate,
signatureAlgorithm AlgorithmIdentifier,
signatureValue BIT STRING
}
各字段解释如下
tbsCertificate：证书主体
signatureAlgorithm：证书签名算法（摘要算法和签名算法）
signatureValue：证书签名值，使用签名算法(signatureAlgorithm)对证书主体部分(tbsCertificate)的摘要结果进行签名所得的值
其中tbsCertificate的结构描述为：
TBSCertificate::=SEQUENCE{
version [0] EXPLICIT Version DEFAULT v1,
serialNumber CertificateSerialNumber,
signature AlgorithmIdentifier,
issuer Name,
validity Validity,
subject Name,
subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
issuerUniqueID [1] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
subjectUniqueID [2] IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
extensions [3] EXPLICIT Extensions OPTIONAL
}
各字段解释如下
version：证书版本号
serialNumber：证书序列号，对同一CA颁发的证书，序列号唯一标识证书
signature：证书签名算法（摘要算法和签名算法）
issuer：证书颁发者信息
validity：证书有效期，包括起始时间和终止时间
subject：证书持有者信息
subjectPublicKeyInfo：证书的公钥信息，包括公钥算法和公钥值
issuerUniqueID：证书颁发者的唯一ID（可选）
subjectUniqueID：证书持有者的唯一ID（可选）
extensions：证书拓展部分（可选）
