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第43题

知识点：数字签名数字证书 ITU-T 国际标准认证数字证书

关键词： ITU 国际标准认证机构数据数字证书章/节：安全技术与协议网络安全

根据国际标准 ITU-T X.509规定，数字证书的一般格式中会包含认证机构的签名，该数据域的作用是（）。

A. 用于标识办法证书的权威机构CA

B. 用于指示建立和签署证书的CA的X.509名字

C. 用于防止证书的伪造

D. 用于传递CA的公钥

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知识点讲解
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数字签名

基于密钥的数字签名

基于密钥的数字签名系统中要有收、发双方共同信赖的仲裁人，如下图所示。其中，BB是A和B共同信赖的仲裁人，K_A和K_B分别是A和B与BB之间的密钥，K_BB是只有BB掌握的密钥，P是A发给B的消息，t是时间戳。由BB解读A发的报文，然后产生一个签名的消息K_BB（A,t,P），并装配成发给B的报文;B可以解密该报文，阅读消息P，并保留证据。

基于密钥的数字签名

基于公钥的数字签名

利用公钥加密算法的数字签名系统如下图所示。这样的签名方法是符合可靠性原则的，即：签字是可以被确认的；签字是无法被伪造的；签字是无法重复使用的；文件被签字以后是无法被窜改的；签字具有无可否认性。如果A方否认了，B可以拿出DA（P），并用A的公钥EA解密得到P，从而证明P是A发送的；如果B把消息窜改了，当A要求B出示原来的DA（P）时，B拿不出来。

基于公钥的数字签名

数字证书

数字证书的概念

数字证书解决了公开密钥密码体制下密钥的发布和管理问题。用户可以公开其公钥，而保留其私钥。一般包含用户身份信息、用户公钥信息以及身份验证机构数字签名的数据。

数字证书是一个经证书认证中心（CA）数字签名的包含公开密钥拥有者信息以及公开密钥的文件。认证中心（CA）作为权威的、可信赖的、公正的第三方机构，专门负责为各种认证需求提供数字证书服务。目前得以广泛使用的证书标准是X.509。下表所示为X.509数字证书中的各个数字域的含义。

X.509数字证书中的各个数字域的含义

证书的获取

任何一个用户要得到CA的公钥，就能得到该CA为该用户签署的公钥。由于证书是不可伪造的，因此对于存放证书的目录无须施加特别的保护。

由于一个公钥用户拥有的可信任管理中心数量有限，要与大量不同管理域的用户建立安全通信需要CA间建立信任关系。一个证书链是从一个自签名的根证书开始，前一个证书主体是后一个证书的发放者。也就是说，该主体对后一个证书进行签名。一般来说，对证书链的处理需要考虑每个证书相关的信任关系。

证书的吊销

用户的数字到了有效期的终止时间、用户私钥已被泄露、用户放弃使用原CA的服务、CA私钥泄露都需要吊销用户的数字证书。为此，CA维护有一个证书吊销列表（CRL），以供用户查询。

ITU-T

国际电信联盟（International Telecommunication Union, ITU）成立于1934年，是联合国下属的15个专门机构之一。ITU-T的标准化工作由其设立的研究组（Study Group, SG）进行。其中与网络管理有关的研究组有以下4个。

（1）SG2网络运行（Network Operation）。该组进行电信网络的管理和网络服务质量的研究工作。

（2）SG4网络维护（Network Maintenance）。负责电信管理网络（TMN）的研究；有关网络及其组成部分的维护，确立所属的维护机制；由其他研究组提供的专门维护机制的应用。

（3）SG7数据网和开放系统通信（Data Networks and Open Systems Communication）。该组负责系统互联中的管理标准研究。

（4）SG11交换和信令（Switching and Signalling）。该组负责电信管理网络的研究工作。原CCITT已经用X.700系列制定了一系列管理标准（建议书），这些标准和ISO的网络管理标准基本上相同，只是采用了各自的编号体系。而ITU的网络管理标准（建议书）中最著名的是有关电信管理网络的M系列建议书。

国际标准

1946年成立的国际标准化组织负责制定各种国际标准，ISO有89个成员国家，85个其他成员。ISO的任务是促进全球范围内的标准化及其有关活动，以利于国际间产品与服务的交流，以及在知识、科学、技术和经济活动中发展国际间的相互合作。例如，ISO开发了开放式系统互连网络结构模型，模型定义了用于网络结构的7个数据处理层。

其他标准化组织如下：

（1）ANSI：美国国家标准研究所，ISO的美国代表。ANSI设计了ASCII代码组，它是一种广泛使用的数据通信标准代码。

（2）NIST：美国国家标准和技术研究所，美国商业部的标准化机构。

（3）IEEE：电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）。IEEE设置了电子工业标准，分成一些标准委员会（或工作组），每个工作组负责标准的一个领域，工作组802设置了网络上的设备如何彼此通信的标准，即IEEE 802标准委员会划分成的工作组有：802.1工作组，协调低档与高档OSI模型；802.2工作组，涉及逻辑数据链路标准；802.3工作组，有关CSMA/CD标准在以太网的应用；802.4工作组，令牌总线标准在LAN中的应用；802.5工作组，设置有关令牌环网络的标准。

（4）EIA：电子工业协会（Electronic Industries Association）。最为人熟悉的EIA标准之一是RS-232C接口，这一通信接口允许数据在设备之间交换。

值得注意的是，ITU-T和ISO之间有很好的合作和协调。

认证

认证又分为实体认证和消息认证两种。实体认证是识别通信对方的身份，防止假冒，可以使用数字签名的方法。消息认证是验证消息在传送或存储过程中有没有被篡改，通常使用报文摘要的方法。

基于共享密钥的认证

如果通信双方有一个共享的密钥，则可以确认对方的真实身份。这种算法依赖于一个双方都信赖的密钥分发中心（Key Distribution Center，KDC），如下图所示，其中的A和B分别代表发送者和接收者，K_A、K_B分别表示A、B与KDC之间的共享密钥。

基于共享密钥的认证协议

认证过程如下：A向KDC发出消息{A，K_A（B，K_S）}，说明自己要与B通信，并指定了与B会话的密钥K_S。注意，这个消息中的一部分（B，K_S）是用K_A加密的，所以第三者不能了解消息的内容。KDC知道了A的意图后就构造了一个消息{K_B（A，K_S）}发给B。B用K_B解密后就得到了A和K_S，然后就可以与A用K_S会话了。

然而，主动攻击者对这种认证方式可能进行重放攻击。例如A代表雇主，B代表银行。第三者C为A工作，通过银行转账取得报酬。如果C为A工作了一次，得到了一次报酬，并偷听和复制了A和B之间就转账问题交换的报文，那么贪婪的C就可以按照原来的次序向银行重发报文2，冒充A与B之间的会话，以便得到第二次、第三次……报酬。在重放攻击中攻击者不需要知道会话密钥K_S，只要能猜测密文的内容对自己有利或是无利就可以达到攻击的目的。

基于公钥的认证

这种认证协议如下图所示。A向B发出E_B（A，R_A），该报文用B的公钥加密。B返回E_A（R_A，R_B，K_S），用A的公钥加密。这两个报文中分别有A和B指定的随机数R_A和R_B，因此能排除重放的可能性。通信双方都用对方的公钥加密，用各自的私钥解密，所以应答比较简单。其中的K_S是B指定的会话键。这个协议的缺陷是假定双方都知道对方的公钥。

基于公钥的认证协议

数字证书

数字证书是各类终端实体和最终用户在网上进行信息交流及商务活动的身份证明，在电子交易的各个环节，交易的各方都需验证对方数字证书的有效性，从而解决相互间的信任问题。

数字证书采用公钥体制，即利用一对互相匹配的密钥进行加密和解密。每个用户自己设定一个特定的仅为本人所知的私有密钥（私钥），用它进行解密和签名，同时设定一个公共密钥（公钥），并由本人公开，为一组用户所共享，用于加密和验证。公开密钥技术解决了密钥发布的管理问题。一般情况下，证书中还包括密钥的有效时间、发证机构（证书授权中心）的名称及该证书的序列号等信息。数字证书的格式遵循ITUT X.509国际标准。

用户的数字证书由某个可信的证书发放机构（Certification Authority，CA）建立，并由CA或用户将其放入公共目录中，以供其他用户访问。目录服务器本身并不负责为用户创建数字证书，其作用仅仅是为用户访问数字证书提供方便。

在X.509标准中，数字证书的一般格式包含的数据域如下。

（1）版本号：用于区分X.509的不同版本。

（2）序列号：由同一发行者（CA）发放的每个证书的序列号是唯一的。

（3）签名算法：签署证书所用的算法及参数。

（4）发行者：指建立和签署证书的CA的X.509名字。

（5）有效期：包括证书有效期的起始时间和终止时间。

（6）主体名：指证书持有者的名称及有关信息。

（7）公钥：有效的公钥以及其使用方法。

（8）发行者ID：任选的名字唯一地标识证书的发行者。

（9）主体ID：任选的名字唯一地标识证书的持有者。

（10）扩展域：添加的扩充信息。

（11）认证机构的签名：用CA私钥对证书的签名。

证书的获取

CA为用户产生的证书应具有以下特性：

（1）只要得到CA的公钥，就能由此得到CA为用户签署的公钥。

（2）除CA外，其他任何人员都不能以不被察觉的方式修改证书的内容。

因为证书是不可伪造的，因此无须对存放证书的目录施加特别的保护。

如果所有用户都由同一CA签署证书，则这一CA必须取得所有用户的信任。用户证书除了能放在公共目录中供他人访问外，还可以由用户直接把证书转发给其他用户。用户B得到A的证书后，可相信用A的公钥加密的消息不会被他人获悉，还可信任用A的私钥签署的消息不是伪造的。

如果用户数量很多，仅一个CA负责为所有用户签署证书可能不现实。通常应有多个CA，每个CA为一部分用户发行和签署证书。

设用户A已从证书发放机构X₁处获取了证书，用户B已从X₂处获取了证书。如果A不知X₂的公钥，他虽然能读取B的证书，但却无法验证用户B证书中X₂的签名，因此B的证书对A来说是没有用处的。然而，如果两个证书发放机构X₁和X₂彼此间已经安全地交换了公开密钥，则A可通过以下过程获取B的公开密钥：

（1）A从目录中获取由X₁签署的X₂的证书X₁《X₂》，因为A知道X₁的公开密钥，所以能验证X₂的证书，并从中得到X₂的公开密钥。

（2）A再从目录中获取由X₂签署的B的证书X₂《B》，并由X₂的公开密钥对此加以验证，然后从中得到B的公开密钥。

在以上过程中，A是通过一个证书链来获取B的公开密钥的，证书链可表示为

X₁《X₂》X₂《B》

类似地，B能通过相反的证书链获取A的公开密钥，表示为

X₂《X₁》X₁《A》

以上证书链中只涉及两个证书。同样，有N个证书的证书链可表示为

X₁《X₂》X₂《X₃》…X_N《B》

此时，任意两个相邻的CAX_i和CAX_i₊₁已彼此间为对方建立了证书，对每一个CA来说，由其他CA为这一CA建立的所有证书都应存放于目录中，并使得用户知道所有证书相互之间的连接关系，从而可获取另一用户的公钥证书。X.509建议将所有的CA以层次结构组织起来，用户A可从目录中得到相应的证书以建立到B的以下证书链：

X《W》W《V》V《U》U《Y》Y《Z》Z《B》

并通过该证书链获取B的公开密钥。

类似地，B可建立以下证书链以获取A的公开密钥：

X《W》W《V》V《U》U《Y》Y《Z》Z《A》

证书的吊销

从证书的格式上可以看到，每个证书都有一个有效期，然而有些证书还未到截止日期就会被发放该证书的CA吊销，这可能是由于用户的私钥已被泄漏，或者该用户不再由该CA来认证，或者CA为该用户签署证书的私钥已经泄漏。为此，每个CA还必须维护一个证书吊销列表（Certificate Revocation List，CRL），其中存放所有未到期而被提前吊销的证书，包括该CA发放给用户和发放给其他CA的证书。CRL还必须由该CA签字，然后存放于目录中以供他人查询。

CRL中的数据域包括发行者CA的名称、建立CRL的日期、计划公布下一CRL的日期以及每个被吊销的证书数据域。被吊销的证书数据域包括该证书的序列号和被吊销的日期。对一个CA来说，它发放的每个证书的序列号是唯一的，所以可用序列号来识别每个证书。

因此，每个用户收到他人消息中的证书时都必须通过目录检查这一证书是否已经被吊销，为避免搜索目录引起的延迟以及因此而增加的费用，用户自己也可维护一个有效证书和被吊销证书的局部缓存区。

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