什么是证书？证书的使用场景。

证书标准规范X.509、颁发证书的认证机构。

公钥基础设施PKI，对PKI的攻击方法和对策。

无论是数字签名、证书，还是认证机构的层级结构，都不可能在完全不可信的状态下创造出信任关系。

证书

公钥证书（Public-Key Certificate，PKC），包含内容有姓名、组织、邮箱地址等个人信息，以及属于此人的公钥，并由认证机构（Certificate Authority， CA）施加数字签名。

公钥证书也简称为证书。

认证机构就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或组织。

认证机构中有国际性组织和政府所设立的组织，也有通过提供认证服务来盈利的一般企业，个人也可以成立认证机构。

认证机构必须是可信的

证书的使用方式：

sequenceDiagram participant 发送者 participant 认证机构 participant 接收者 autonumber 接收者 ->> 接收者: 生成密钥对 接收者 ->> 认证机构: 公钥 认证机构 ->> 认证机构: 使用自己的公钥对接收者的公钥进行数字签名 认证机构 ->> 发送者: 获取接收者的证书 发送者 ->> 发送者: 使用认证机构的公钥验证数字签名 发送者 ->> 接收者: 公钥加密的消息 接收者 ->> 接收者: 用私钥解密消息

证书标准规范

证书的标准规范中使用最广泛的是由ITU（International Teleecommunication Union，国际电信联盟）和ISO制定的X.509_规范。

下面是一个自签名证书的信息：

> openssl x509 -text -noout -in client.crt
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number: 3 (0x3)
        Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: C = CN, ST = SH, O = Personal, OU = None, CN = thirdca, emailAddress = **
        Validity
            Not Before: Apr  5 13:49:07 2023 GMT
            Not After : Apr  2 13:49:07 2033 GMT
        Subject: C = CN, ST = SH, O = Personal, OU = None, CN = client, emailAddress = **
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    00:d9:69:11:5f:48:07:f4:1c:76:46:7d:d9:e0:23:
                    43:aa:7a:52:65:1b:87:44:7c:4e:27:2d:98:38:2c:
                    4c:cb:c8:64:86:04:a9:a0:ec:5c:5c:05:4e:53:a0:
                    f3:19:a6:6b:03:1a:d3:2e:c4:db:46:4d:09:e2:9b:
                    70:7e:95:69:0b:7c:d5:76:1f:c0:f5:91:ed:68:b1:
                    c7:77:7d:3d:16:6a:59:32:f4:a2:4f:6b:de:42:48:
                    3b:11:ed:77:7c:1f:08:f8:a1:eb:ef:8e:89:1f:b1:
                    dd:5b:e2:e9:32:6a:7f:79:ad:8c:09:c8:c4:3c:b1:
                    26:11:ce:2c:03:87:fb:e6:ed:94:a2:a1:45:14:94:
                    65:f4:cb:0c:cd:86:ed:69:dd:83:dc:bb:c0:99:36:
                    c1:75:cf:a4:94:ad:4f:f7:2f:53:bb:cc:45:81:e6:
                    7d:d9:67:89:ee:2b:98:a5:39:60:f7:0f:c4:96:d5:
                    42:8b:a9:83:cb:29:61:20:12:9c:c0:9f:85:b7:fb:
                    a5:7f:e0:f7:74:ca:d0:d7:b2:76:f2:5c:a3:36:3f:
                    e7:9a:e7:05:b4:22:04:bd:c9:61:ae:78:6c:95:78:
                    6c:44:d7:35:83:36:96:a3:b8:62:a4:b7:08:ef:6e:
                    83:1d:de:08:ea:84:7b:40:6e:7b:64:41:8e:8c:ae:
                    2c:3f
                Exponent: 65537 (0x10001)
        X509v3 extensions:
            X509v3 Basic Constraints:
                CA:FALSE
            X509v3 Subject Key Identifier:
                DC:61:87:B0:3A:A7:A3:66:32:D3:89:11:21:66:D3:E6:C7:E2:9C:2B
            X509v3 Authority Key Identifier:
                21:B6:23:5F:9C:FE:B6:23:2B:1D:49:79:7D:E8:56:EE:9D:66:27:28
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
    Signature Value:
        2c:81:32:8c:b3:a2:26:b8:8c:ad:33:70:62:39:a8:3a:b2:63:
        0b:ee:fe:5f:5c:66:c9:5d:bd:88:9d:11:ee:a1:6f:b1:39:ac:
        2e:9f:79:ce:9e:21:6c:e8:46:c5:6e:04:a7:9d:cd:12:1a:db:
        92:fc:a9:83:f6:99:9b:4d:a5:a4:28:57:7e:d2:f1:9d:e6:f4:
        5c:ce:13:1d:74:34:61:9f:9e:df:4c:b1:6f:3d:74:ae:ce:9a:
        3f:e8:02:ba:62:04:c9:78:0e:15:86:f8:57:df:0d:ce:b7:27:
        c5:dc:06:28:df:e7:fc:f3:8d:c3:a5:6c:03:67:f2:ac:be:77:
        0c:92:5a:d9:92:ac:1a:03:5c:e4:da:03:e7:0c:b4:e7:8a:70:
        6c:f6:8c:55:6e:91:b4:39:9d:c3:d2:a5:83:6e:b0:f7:f6:8c:
        36:ed:f5:e5:21:e6:79:7d:2a:24:24:0f:c6:3e:f6:e2:09:d3:
        50:5b:95:fb:8f:91:6c:9c:86:4c:16:d3:35:50:b2:0f:e3:ae:
        d2:16:aa:98:2e:a3:2d:e1:0d:11:cd:7c:54:47:a1:cf:ba:c0:
        06:4b:a9:36:fe:b2:ed:bb:10:69:d0:34:5f:fa:cd:ca:e6:52:
        be:cc:db:10:94:ab:ed:55:b5:95:cd:28:4e:9c:d6:78:09:15:
        1d:9c:8f:d6
术语值
证书序列号Serial Number: 3 (0x3)
证书颁发者Issuer: C = CN, ST = SH, O = Personal, OU = None, CN = thirdca, emailAddress = **
公钥所有者Subject: C = CN, ST = SH, O = Personal, OU = None, CN = client, emailAddress = **
有效期起始时间Not Before: Apr 5 13:49:07 2023 GMT
有效期截至时间Not After : Apr 2 13:49:07 2033 GMT
数字签名算法Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption

PKI

公钥基础设施（Public-Key Infrastructurre）是为了能够更有效地运用公钥而制定的一系列规范和规格的总称，简称PKI。

PKI只是一个总称，并非指某一个单独的规范或规格。

RSA公司指定的PKCS（Public-Key Cryptography Standards，公钥密码标准）系列规范也是PKI的一种。

X.509规范也是PKI的一种。

PKI的组成要素

用户、认证机构、仓库

用户分为两种：一是使用PKI注册自己公钥的人；另一种是使用已注册公钥的人。

注册公钥的用户所进行的操作：

  1. 生成密钥对
  2. 在认证机构中注册公钥
  3. 向认证机构申请证书
  4. 根据需要申请作废已注册的公钥
  5. 解密接收到的密文
  6. 对消息进行数字签名

使用已注册公钥的用户所进行的操作：

  1. 将消息加密后发送给接收者
  2. 验证数字签名

认证机构（Certification Authority，CA）是对证书进行管理的人。

所进行的操作如下：

  1. 生成密钥对(Information on RFC 7292)
  2. 在注册公钥时对用户本人身份进行认证
  3. 生成并颁发证书
  4. 作废证书

仓库（repository）是一个保存证书的数据库，PKI用户在需要的时候可以从中获取证书，也叫证书目录。

认证机构的工作

生成密钥对

生成密钥对有两种方式：一种由PKI用户自行生成；一种由认证机构生成。

认证机构生成时需要将私钥发送给用户，具体的发送方法见Information on RFC 7292

注册证书

在用户自行生成密钥对的情况下，用户会请求认证机构来生成证书。申请证书时所使用的规范由Information on RFC 2986定义。

认证机构根据其认证业务准则（Certification Practice Satatement，CPS）对用户的身份进行认证，并生成证书。

生成证书需要使用认证机构的私钥来进行数字签名。生成的证书格式是由X.509定义的

作废证书与CRL

当用户的私钥丢失时，认证机构需要对证书进行作废（revoke）。

由于用户会保存证书的副本，所以认证机构作废证书时，需要制作一张证书作废清单（Certificate Revocation List），简称CRL。

CRL是认证机构宣布作废的证书一览表，是一张已作废的证书序列号的清单，并由认证机构加上数字签名。

PKI用户需要定时从认证机构获取最新的CRL，然后查询自己要用于验证签名的公钥证书是否作废。

证书的层级结构

对于认证机构的公钥，可以由其他的认证机构施加数字签名，从而对该认证机构的公钥进行验证，即生成一张认证机构的公钥证书。

一个认证机构来验证另一个认证机构的公钥，这种认证关系可以一直迭代，但必须要要有终点。这个终点所在的认证机构一般称之为根CA（RootCA）。

根CA一般都是自己对其公钥进行数字签名，这种行为称为自签名（self-signature）。

攻击

公钥注册之前进行攻击

证书是认证机构对公钥及其持有者的信息加上数字签名的结果。

加上数字签名之后，难以攻击，因此攻击者可以在认证机构进行数字签名之前，将公钥替换。

预防办法：接收者在发送公钥时，使用认证机构的公钥将其进行加密。

窃取认证机构的私钥进行攻击

认证机构记录了自己签发的证书的序列号，可以判断某个证书是不是该机构自己签发的。

如果认证机构的私钥被窃取，认证机构就需要将私钥泄露通过CRL通知用户。

钻CRL空子进行攻击

利用接收者私钥泄露到认证机构发布CRL的时间差实施攻击。

疑问

为什么需要证书

通过不可信途径获取公钥时，可能会遭受中间人攻击。

从认证机构获取公钥，可以降低遭到中间人攻击的风险。因为带有公钥的证书是经过认证机构继续宁签名的。（但认证机构本身的公钥是否可信，就需要其他判断了）

  1. 如果能够取得可信的公钥，则不需要认证机构。
  2. 当持有可信的认证机构公钥，并相信认证机构所进行的身份确认的情况下，则可以信任该认证机构颁发的证书以及通过该途径获取到的公钥。