PKI体系快速介绍
这是目前工作中遇到的一些知识点搜集整理。
一、什么是 PKI
首先，PKI（Public Key Infrastructure）是一个体系。
公钥基础设施是一个包括硬件、软件、人员、策略和规程的集合，用来实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销等功能。
PKI体系是计算机软硬件、权威机构及应用系统的结合。它为实施电子商务、电子政务、办公自动化等提供了基本的安全服务，从而使那些彼此不认识或距离很远的用户能通过信任链安全地交流。
— 百度百科
说白了，PKI还是提供了彼此身份确认的服务，确保通信的安全。
接下来，打开百度的网址，进一步了解PKI体系中的各种角色。
1. 数字证书
我跟你对话，如果确认彼此就是自己要对话的人？那么我们可以互相亮出身份证，来证实彼此身份是可靠的。
那么，在网络通信里，也需要用到这样的介质，那就是数字证书。
点开百度网址左边的小锁图标，浏览器会显示如下，告诉你这个连接是安全的。
浏览器之所以能确认百度的身份，就是因为数字证书。点击这个按钮，进一步可以看到证书相关信息。
信息大概可以分为 3 类：
1.1 使用者
- 使用者的信息，如果是企业这里就是域名，示例中为baidu.com…。
- 公钥信息，这里是非对称加密中用户公开的密钥，谁都可以看到。、
- 有效期
1.2 颁发者
- 颁发者：谁颁发的证书，这里的GlobalSign Organization Validation。
- 颁发者的签名：颁发者对该证书的所有信息的数字签名，表明他对这个证书的真实性负责。
1.3 证书的其他信息
证书相关的其他信息
基于此，当浏览器访问https的网址，就会检查证书的有效性，通过后使用证书里的信息（主要是公钥）与网址进行通信。
2. 公开密钥加密（非对称加密）
数字证书的关键在于公钥，也就是非对称加密算法。它有2个角色：
- 私有密钥 （private key）：私有密钥不能让其他任何人知道。
- 公开密钥（public key）：公开密钥则可以随意发布，任何人都可以获得。
交互过程是这样的（发送密文方A，接收方B）：
- A 使用 B 的公开密钥进行加密。
- A 发送加密后的信息给 B。
- B 收到加密的信息后，用自己的私有钥匙进行解密。
利用这种方式，不需要发送用来解密的私有密钥，也就不必担心密钥被攻击者窃听而盗走。
另外，就算你知道了公开密钥和密文，想要恢复到信息原文是异常困难的。因为解密过程就是在对离散对数进行求值，这并非轻而易举就能办到。
再退一步讲，如果能对一个非常大的整数做到快速地因式分解，那么密码破解还是存在希望的。但就目前的技术来看是不太现实的。
3. PKI登场
上面在上述的公开密钥加密方式还是存在一个问题：
- 无法证明公开密钥本身就是货真价实的公开密钥。
比如，A 正准备和 B 服务器建立公开密钥加密方式下的通信，A 也确实收到了公开密钥。但是 A 不知道这个公开密钥是不是真的来自于 B，或许在传输途中，真的公开密钥已经被攻击者替换掉了。
所以，还需要一套机制来证明过程中的这些内容都是可靠的，这里就需要开头提到的PKI体系了，其核心是证书的产生和分发层级。
证书的产生则来自一位的重要角色：数字证书认证机构（CA，Certificate Authority）。
全世界有大概几十家左右的根CA（Certificate Authority)，计算机上都会预置这些CA的数字证书。比如Amazon、Verisign这种，他们有一整套的机制保证自己是可信的。基于此，他们有自己的数字证书，及与之匹配的私钥。
网站若想拿到自己的证书，就可以找个子CA，填好信息付好年费，就可以拿到证明了。当浏览器访问网站的时候，看到你有业内权威开的证明，自己也核对没问题后就无条件信任你了。
在这里，PKI 体系必须为用户提供安全和透明的服务，用户不必考虑 PKI 体系中的证书是怎样生成、更新、撤销及恢复的，密钥是如何管理的，只要用户自己能够方便地获得数字签名即可。
二、PKI在汽车行业的应用
PKI体系在汽车行业的应用场景非常广泛，如远程车控、近场车控、安全启动、Ethernet通信安全等等。在此处讲一个优先级最高的“远程车控”的实例。
1. 建立自己的PKI体系
企业应该先行建立自己的PKI体系，即引入一个PKI供应商，将证书的颁发、申请、吊销等公用模块建立起来。接下来，在其之上，建立各应用的流程。
2. 各端接入PKI体系
手机端、云端与车端Tbox，都在本地生成自己的私钥，并在云端申请完自己的证书。这也需要制定相应的业务流程。
三端都需要妥善保管好自己的私钥，手机端可以将私钥存储在TEE中，云端可存储的选择会较多，车端可存储在HSM或TEE中。若没有这些硬件的存储方式，可以使用软件的白盒加密方法，安全性也有一定保障。白盒加密也就是说即使遭遇白盒攻击，其密钥也较难被破解。
3. 开始业务
大家都具备证书与私钥后，业务流程就变的相当简单了。
- 云端与车端由于交互较多，建议两端通过双向认证交换“会话密钥”（对称密钥）。因为对称加密要比非对称加密要快上千倍，根据密钥长度不同会稍有变化。交换会话密钥的流程可参考TLS的双向认证的握手流程。
- 手机端将车端指令发给云端，并使用自己的私钥进行签名。云端收到之后，使用手机A的数字证书，进行验签。
- 云端将车控指令用协商好的“会话密钥”加密后，发送给车端。车端验证后，即可在内部执行。
所以，基于PKI体系的方案是更加可靠的。
参考文章：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/237155609
https://www.cnblogs.com/pingguo-softwaretesting/p/14970453.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/377562137