网络安全----数字签名与数字证书

数字签名技术

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数字签名技术则可有效解决这一问题, 类似于手书签名，数字签名应具有以下性质：
① 能够验证签名产生者的身份，以及产生签名的日期和时间.
② 能保证被签名消息的内容的完整性.
③ 数字签名可由第三方公开验证，从而能够解决通信双方的上述争议. • 数字签名在网络安全中提供数据完整性、数据源认证性、数据不可否认性等性质.

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签名的生成与验证

生成签名的行为（消息签名）：生成签名即根据消息内容来计算数字签名的值。这个行为意味着“我认可该消息的内容”。与现实生活当中在单据或合同末尾签名并不相同。但意义相同。
2. 验证数字签名：一般由接收方完成。但也可以通过需要验证消息的第三方来完成。
• 在数字签名当中，“生成签名”与“验证签名”分别需要使用专用的密钥来完成。

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数字签名的方法

① 直接对消息进行数字签名；
② 对消息的散列值签名的数字签名

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验证流程图

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消息的散列值签名的数字签名

不必对整个消息进行加密（即对消息签名），而只是先用单向散列函数求出散列值，然后再将散列值进行加密（对散列值签名）。这样大大提高了加解密的速度。

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数字签名无法解决的问题

所以，正确使用数字签名有一个前提，“用于验证的公钥必须属于真正的发送者”。

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公钥管理

◼ 两个互不相识的人如何通过公钥机制来通信? 如何确定获得到的公钥一定是对方的公钥?

✓证书
✓X.509
✓PKI（公钥基础设施）

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数字证书的概念

• 数字证书是一段包含用户身份信息、用户公钥信息以及身份验证机构数字签名的数据。

• 数字证书是各类实体(持卡人/个人、商户/企业、网关/银行等)在网上进行信息交流及商务活动的身份证明。通信各方通过验证对方证书的有效性，从而解决相互间的信任问题。

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证书

• 通过设置一个机构CA（Certification Authority）证明某些公钥是属于某个人或某个机构，这个证明称作为证书。

• 证书可用哈希函数做摘要，该摘要再使用CA的私钥加密。

• 证书的拥有者可将证书放在网上，供希望与他通信的人下载。

• 证书可解决伪造者的问题。

➢ 伪造者用自己的证书替换Bob的证书：由于证书中有持有者姓名，Alice马上就可发现有人伪造。

➢ 伪造者用自己的公钥替换Bob的证书中的公钥：由于证书是作过摘要，并用CA的私钥加密，通过摘要可检查出证书被修改。

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CA

• 公钥密码体制采用证书认证机构(CA)分配密钥

• CA为每个使用公钥的用户发放一个数字证书(证明

证书中列出的用户合法拥有证书中列出的公钥) • CA负责完成以下任务：

1、 CA需验证一个实体 (一个组织、一台路由器等) 的真实身份。

2、 CA生成一个把这个实体的身份和公钥绑定到一起的证书，然后由它对这个证书进行数字签名

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CA认证中心

如果用户在访问某个网站时，该网站所使用的证书是由一个不被信任的CA颁发的，就会弹出警告提示。

• 有了公钥证书系统后，如果某个用户需要任何其他已向CA注册的用户的公钥，可向持证人（或证书机构）直接索取公钥证书。

• 用CA的公钥验证CA的签名，从而获得可信的公钥。 • 由于公钥书不需要保密，可以在公网上分发，从而实现公钥的安全分配。

• 又由于公钥证书有CA的签名，攻击者不能伪造合法的公钥证书。

• 因此，只要CA是可信的，公钥证书就是可信的。因此公钥证书为公钥的分发奠定了基础，成为公钥密码在大型网络系统中应用的关键技术。这就是电子政务、电子商务等大型网络应用系统都采用公钥证书技术的原因

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X.509标准

• X.509是ITU制定的证书标准，它包括以下字段：

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数字证书的格式

• 数字证书将用户身份信息与他的公钥绑定在一起，并要有CA的数字签名。
• 数字证书要求具有统一的格式，目前所使用的证书大都遵循由国际电信联
  盟制定的X.509数字证书标准，符合该标准的证书主要包含以下内容：
  • 序号：由CA分配的本证书的唯一标识符。
  • 签名算法：本证书所使用的数字签名算法。
  • 颁发者：CA的相关信息。
  • 有效期：证书有效的时间段。
  • 使用者：证书拥有者的相关信息。
  • 公钥：公钥信息以及所使用的加密算法。
  • 指纹：CA的数字签名。

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证书撤消列表(CRL)

◼ 每个证书都存在一个有效期。通常在证书过期之前颁发一个新的证书。然而，有时也会因为其它一些原因而提前撤消证书。凡提
前撤消的证书必须进行登记，并对外发布。

◼ X.509定义了证书消方法。每个CA必须保存一个 证书撤消列表 CRL(CertificateRevocation List)，用于保存已经撤消但还没有过期的一组证书。

◼ CRL是由CA签发的带有时间戳的列表。该列表由CA周期性的发布，并存放在一个可以自由获取的公共库中。

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公钥基础设施

公钥基础设施 ( PKI, Public Key Infrastructure)，是为了能够更有效地运用公钥而制定的一系列的规范和规格的总称。它几乎是所有加密系统的必由之路

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公钥基础设施PKI（1）

• PKI（Public Key Infrastructure），主要由以下四部分组成：
  • 证书颁发机构CA，负责颁发证书。
  • 证书注册机构RA，可以接受用户的证书注册申请。
  • 证书吊销列表CRL，用于存放作废的证书。
  • 证书存取库，用于存放证书，供用户获取。
• PKI所能提供的三大功能：加密、签名、认证。
• PKI中最基本的元素是数字证书，安全操作主要通过证书来实现。
• PKI 中最重要的设备是CA，负责颁发并管理证书。
• PKI的核心技术是公钥加密技术（非对称式加密）。

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公钥基础设施PKI（2）

1、签证机构CA
◼对于大范围的应用，一个CA是远远不够的，往往需要许多CA。
例如对于某一行业，国家建立一个最高级的CA，称为根CA。

◼每个省建立一个省CA，每个地市也都可以建立CA，甚至一个企业也可以建立自己的CA。 ✓不同的CA服务于不同的范围，履行不的职责。

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证书机构(CA)层次

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如何信任根CA

▪ 根CA证书是一种自签名证书。

▪ 根CA的证书一般都直接嵌入到软件或硬件中。

▪ CA可用根证书为其下级以及网络实体签发数字证书。系统对用根证书签发的数字证书都表示信任，从技术上说就是建立起一个证书信任链。 ▪ 用户验证各网络实体数字证书的有效性时，实际上只要验证为其颁发数字证书CA的根证书。用户信任可信第三方颁发的根证书，也就信任了网络实体获得的数字证书。