第14章 PKI原理与应用

PKI（Public Key Infrastructure,公钥基础设施）技术，PKI技术采用证书管理公钥，通过第三方的可信机构——认证中心（Certificate Authority, CA），把用户的公钥和用户的其他标识信息（如名称、E-mail、身份证号等）捆绑在一起，在Internet上验证用户的身份。

目前，通用的办法是采用建立在PKI基础上的数字证书，通过对要传输的数字信息进行加密和签名，保证信息传输的机密性、真实性、完整性和不可否认性，从而保证信息的安全传输。

双钥密码算法又称公钥密码算法，是指加密密钥和解密密钥为两个不同密钥的密码算法。

公钥密码算法不同于单钥密码算法又称对称密码算法，它使用了一对密钥，一个用于加密信息，另一个则用于解密信息，通信双方无需事先交换密钥就可进行保密通信。

其中加密密钥不同于解密密钥，加密密钥要公之于众，谁都可以用，解密密钥只有解密人自己知道。

这两个密钥之间存在着相互依存关系，即用其中一个密钥加密的信息只能用另一个密钥进行解密。

若以公钥作为加密密钥，以用户专用密钥（私钥）作为解密密钥，则可以实现多个用户加密的信息只能有一个用户解读；反之，以用户私钥作为加密密钥而以公钥作为解密密钥，则可实现由一个用户加密的信息而由多个用户解读。

前者可用于数字加密，后者可用于数字签名。

RSA公钥密码算法是一种公认的较为安全的公钥密码算法。

他的命名取自3个创始人：Rivest、Shamir和Adelman。

RSA算法的安全性基于数论中大整数分解的困难性，所以，RSA 需采用足够大的整数。

因子分解越困难，密码就越难以破译，加密强度就越高。

公钥基础设施是一个用非对称密钥算法原理和技术实现并提供安全服务的具有通用性的安全基础设施。

PKI是一种遵循标准的利用公钥加密技术为电子商务、电子政务的开展提供一整套安全的基础设施。

用户利用PKI平台提供的安全服务进行安全通信。

PKI这种遵循标准的密钥管理平台，能够为所有网络应用透明地提供采用加密和数字签名等密码服务所需要的密码和证书管理。

PKI技术原理核心PKI（Public Key Infrastructure）公钥基础设施是一种用于构建信息安全体系的技术框架，包含了公钥算法、数字证书、证书管理机构、证书的申请和吊销等一系列的组成部分。

其原理核心是使用非对称加密算法来实现安全通信，确保数据的机密性、完整性和不可抵赖性。

PKI的技术原理核心主要包括以下内容：1.公私钥对：PKI使用的是非对称加密算法，其中包括公钥和私钥。

公钥用于加密信息，私钥用于解密信息。

公钥是公开的，任何人都可以获得；而私钥只能由密钥持有者保管，不对外公开。

2.数字证书：PKI通过数字证书来验证用户的身份和公钥的合法性。

数字证书是由证书颁发机构（CA）签发的，包含了用户的公钥、用户的身份信息和CA的签名，用于验证公钥的真实性。

3.证书链：CA的数字证书同样需要得到认证，为了确保CA的证书的真实性，PKI使用了证书链的机制。

证书链将CA的证书进行层级连接，形成一个信任链，使得根证书可信、中间证书的信任由根证书延伸到终端用户的数字证书。

4.证书的申请和吊销：用户需要向CA申请数字证书，并提供一系列的验证步骤，如身份验证、公钥生成等。

如果证书的私钥丢失或被盗用，用户需要向CA申请证书吊销，CA会将证书状态更改为吊销状态，使得证书无效。

5.数字签名：PKI中的数字签名是为了确保数据的完整性和不可抵赖性。

发送方使用私钥对信息进行加密，生成数字签名，并将数字签名和原始信息一起发送给接收方。

接收方使用发送方的公钥对数字签名进行解密，验证签名的真实性和信息的完整性。

6.证书的存储和验证：PKI使用数字证书存储用户的公钥和身份信息。

当通信双方建立连接时，双方会交换数字证书，并使用本地存储的CA的公钥进行证书的验证。

如果证书验证成功，则认为通信双方的身份和公钥是可靠的，可以进行安全通信。

通过上述的技术原理核心，PKI实现了安全通信和身份验证，确保了数据的保密性、完整性和不可抵赖性。

公钥基础设施（PKI）的原理与应用作者：数计系计科本091班林玉兰指导老师：龙启平摘要：安全是网络活动最重要的保障,随着Internet的发展，网络安全问题越来越受到人们的关注。

网络交易活动面临着诸如黑客窃听、篡改、伪造等行为的威胁，对重要的信息传递和控制也非常困难，交易安全无法得到保障，一旦受到攻击，就很难辨别所收到的信息是否由某个确定实体发出的以及在信息的传递过程中是否被非法篡改过。

而PKI技术是当前解决网络安全的主要方式之一，本文以PKI技术为基础，详细列举了公钥基础设施基本组成，PKI系统组件和PKI所提供的服务，并介绍了PKI技术特点与应用举例。

关键词：PKI，公钥，认证，网络安全。

一：什么叫公钥基础设施（PKI）？公钥基础设施（PKI）是当前解决网络安全的主要方式之一。

PKI技术是一种遵循既定标准的密钥管理平台，它的基础是加密技术，核心是证书服务，支持集中自动的密钥管理和密钥分配，能够为所有的网络应用提供加密和数字签名等密码服务及所需要的密钥和证书管理体系。

简单来说PKI就是利用公开密钥理论和技术建立提供安全服务的、具有通用性的基础设施，是创建、颁发、管理、注销公钥证书所涉及的所有软件、硬件集合体，PKI可以用来建立不同实体间的“信任”关系，她是目前网络安全建设的基础与核心。

在通过计算机网络进行的各种数据处理、事务处理和商务活动中，涉及业务活动的双方能否以某种方式建立相互信任关系并确定彼此的身份是至关重要的。

而PKI就是一个用于建立和管理这种相互信任关系的安全工具。

它既能满足电子商务、电子政务和电子事务等应用的安全需求，又可以有效地解决网络应用中信息的保密性、真实性、完整性、不可否认性和访问控制等安全问题。

二：公钥基础设施（PKI）系统的组成PKI一般包括以下十个功能组件：1、认证中心（CA）认证中心（CA）是PKI的核心组成部分，是证书签发的机构，是PKI应用中权威的、可信任的、公正的第三方机构。

PKI原理作者：GONOW 2007-11-02 12:19:591976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman提出了公开密钥理论，奠定了PKI体系的基础。

PKI（Public Key Infrastructure 的缩写）即"公开密钥体系"，是一个利用现代密码学的公钥密码技术、并在开放的Internet网络环境中提供数据加密以及数字签名服务的、统一的技术框架。

常用的公开密钥算法有RSA、DSA和Diffie Hellman等。

使用公开密钥算法（又叫非对称加密算法）的用户同时拥有公钥和私钥。

私钥不能通过公钥计算出来。

私钥由用户自己持有，公钥可以明文发送给任何人，公开密钥理论解决了对称加密系统的密钥交换问题。

公钥加密/私钥解密完成对称算法密钥的交换：公开密钥算法的速度比对称算法慢得多，并且由于任何人都可以得到公钥，公开密钥算法对选择明文攻击很脆弱，因此公钥加密/私钥解密不适用于数据的加密传输。

为了实现数据的加密传输，公开密钥算法提供了安全的对称算法密钥交换机制，数据使用对称算法加密传输。

两个用户（A和B）使用公开密钥理论进行密钥交换的过程如下：在对称算法密钥的协商过程中，密钥数据使用公钥加密。

在保证私钥安全的前提下，攻击者即使截获传输的信息也不能得到加密算法的密钥，这就保证了对称算法密钥协商的安全性。

私钥加密/公钥解密完成身份验证、提供数字签名：公开密钥算法可以实现通信双方的身份验证。

下面是一个很简单的身份验证的例子（A 验证B的身份）：同样的原理，公开密钥算法可以进行数据的签名和验证。

A需要对一块数据签名，A 只需要使用自己的私钥加密该数据就可以完成签名。

A把数据和数据签名（私钥加密的结果）一起发送给B，B使用A的公钥解密签名，然后和数据进行比较，如果相同则该签名确实是A签署的，并且数据没有被篡改。

同样是因为公开密钥的算法较慢，数据签名一般不直接使用私钥加密数据，而是加密数据的散列值。

对称加密 symmetric cryptographic非对称加密 asymmetric cryptographic密钥交换协议 key agreement/exchange哈希算法 Hash报文认证码 MAC数字签名 digital signature数字证书 digital ID/certificate证书颁发机构 certificate authority公钥架构public key infrastructurePK 公钥SK 私钥公钥加密技术PKI是建立在公钥加密技术之上的，那么要了解PKI则首先要看一下公钥加密技术。

加密是保护数据的科学方法。

加密算法在数学上结合了输入的文本数据和一个加密密钥，产生加密的数据（密文）。

通过一个好的加密算法，通过密文进行反向加密过程，产生原文就不是那么容易了，需要一个解密密钥来执行相应的转换。

密码技术按照加解密所使用的密钥相同与否，分为对称密码学和非对称密码学，前者加解密所使用的密钥是相同的，而后者加解密所使用的密钥是不相同的，即一个秘密的加密密钥(签字密钥)和一个公开的解密密钥(验证密钥)。

在传统密码体制中，用于加密的密钥和用于解密的密钥完全相同，通过这两个密钥来共享信息。

这种体制所使用的加密算法比较简单，但高效快速，密钥简短，破译困难。

然而密钥的传送和保管是一个问题。

例如，通讯双方要用同一个密钥加密与解密，首先，将密钥分发出去是一个难题，在不安全的网络上分发密钥显然是不合适的；另外，任何一方将密钥泄露，那么双方都要重新启用新的密钥。

1976年，美国的密码学专家Diffie和Hellman为解决上述密钥管理的难题，提出一种密钥交换协议，允许在不安全的媒体上双方交换信息，安全地获取相同的用于对称加密的密钥。

在此新思想的基础上，很快出现了非对称密钥密码体制，即公钥密码体制（PKI）。

自1976年第一个正式的公共密钥加密算法提出后，又有几个算法被相继提出。

如Ralph Merkle猜谜法、Diffie-Hellman 指数密钥交换加密算法、RSA加密算法、Merkle-Hellman背包算法等。

PKI在电子商务中的应用引言随着互联网的迅猛发展，电子商务已成为全球经济发展的重要组成部分。

然而，电子商务的发展也带来了安全和信任的问题。

为了确保电子商务的安全性和可信度，公钥基础设施（PKI）被广泛应用于电子商务领域。

本文将介绍PKI的概念、原理以及其在电子商务中的应用。

PKI的概念公钥基础设施（Public Key Infrastructure，PKI）是一种密钥管理体系，用于确保在不安全的网络环境下进行安全通信。

PKI通过使用非对称加密算法和数字证书来确保数据的机密性、完整性和可靠性。

PKI的四个基本组成部分包括公钥证书机构（Certificate Authority，CA）、注册机构（Registration Authority，RA）、验证机构（Validation Authority，VA）和验证框架（Validation Framework）。

CA是负责颁发和管理数字证书的机构，RA是CA的辅助机构，负责验证申请者身份，VA负责验证数字证书的有效性，验证框架用于验证数字证书的合法性。

PKI的原理PKI的核心原理是基于非对称加密算法。

非对称加密算法使用两个密钥，即公钥和私钥。

公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。

公钥可以公开分享，而私钥必须保密。

使用公钥加密的数据只能使用相应的私钥进行解密，保证了数据的机密性。

在PKI中，数字证书被用于证明实体的身份。

数字证书包含实体的公钥和身份信息等，由CA机构颁发并数字签名。

使用者可以通过验证证书的数字签名和CA的信任关系来验证数字证书的有效性和真实性。

PKI在电子商务中的应用数据加密和机密性保护在电子商务中，数据的机密性至关重要。

通过PKI的非对称加密算法，可以使用公钥加密敏感数据，只有具有相应私钥的实体才能解密数据。

这确保了发送的数据在传输过程中不会被窃取或篡改。

身份验证和数字证书的应用PKI在电子商务中的另一个重要应用是身份验证。

通过使用数字证书，电子商务平台可以验证用户的身份。

PKI认证体系原理PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）是一种用于建立和管理加密通信的系统，它提供了一种安全且可靠的手段来验证和确保通信方的身份，以及保护通信内容的机密性和完整性。

PKI认证体系的原理是建立在公钥密码学的基础上，其中包括数字证书、数字签名、证书颁发机构（CA）等核心概念。

首先，公钥加密算法是PKI认证体系的基础。

公钥加密算法使用了一对非对称的密钥，包括公钥和私钥。

公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。

由于公钥不需要保密，可以自由地发布给其他人使用。

而私钥则必须保密，只有拥有私钥的人可以解密由公钥加密的数据。

其次，数字证书是PKI认证体系中用于验证通信方身份的重要工具。

证书将公钥与其拥有者的身份信息绑定在一起，并由证书颁发机构签名和颁发。

证书中包含了公钥、证书颁发机构的签名、证书持有人的身份信息，以及证书的有效期等信息。

通过验证数字证书的签名和有效期，可以确保证书的真实性和合法性。

证书颁发机构（CA）是PKI认证体系中的一个重要角色，负责验证证书申请人的身份信息，签发数字证书，并将其加入到信任的证书链中。

证书链是一组层级链接的证书，最顶层是根证书，自签署的根证书可以用来验证其他所有证书的真实性。

CA作为可信任的第三方机构，是PKI认证体系中的信任基础。

最后，证书撤销列表（CRL）是PKI认证体系中用于吊销证书的机制。

当证书持有者的私钥泄露或者证书信息发生变化时，CA可以将该证书添加到CRL中，标记该证书为无效或者吊销状态。

通信方在验证证书签名时，需要检查所使用的证书是否在CRL中，以确保证书的有效性。

总之，PKI认证体系通过公钥加密算法、数字证书、证书颁发机构和证书撤销列表等关键组成部分，为加密通信提供了安全和可靠的保障。

它通过数字证书对通信方身份进行验证和确认，并提供了机密性和完整性的保护，为电子商务、互联网通信等领域的安全通信提供了基础设施。

pki技术的基本原理及常规应用PKI技术的基本原理及常规应用一、PKI技术的概念PKI技术是公钥基础设施（Public Key Infrastructure）的缩写，是一种安全通信机制。

它通过使用非对称加密算法和数字证书来确保通信的机密性、完整性和可信度。

PKI技术包括公钥加密、数字签名、证书管理等多个方面。

二、PKI技术的基本原理1. 公钥加密公钥加密是指使用公钥对数据进行加密，只有私钥才能解密。

在此过程中，发送方需要获取接收方的公钥，并使用该公钥对数据进行加密。

接收方收到数据后，使用自己的私钥进行解密。

2. 数字签名数字签名是指将消息摘要与发送者的私钥进行加密生成签名，并将该签名与消息一起发送给接收者。

接收者可以使用发送者的公钥来验证签名是否正确，从而确保消息没有被篡改过。

3. 证书管理证书管理是指建立一个可信任的第三方机构（CA）来颁发数字证书，以确保公钥和实体之间的关系可信。

数字证书包含了实体（如个人或组织）和其对应公钥信息，并由CA进行签名认证。

三、PKI技术的常规应用1. 数字证书数字证书是PKI技术的核心，它可以用于各种场景，如SSL/TLS协议中的HTTPS，VPN连接等。

数字证书还可以用于身份认证、电子邮件签名和加密等。

2. 数字签名数字签名可以用于文件和数据的完整性验证，确保数据没有被篡改。

数字签名还可以用于电子合同、电子票据等场景。

3. 数字信封数字信封是指将数据进行加密，并将加密后的数据和接收者公钥一起发送给接收者。

接收者使用自己的私钥进行解密，从而确保通信内容机密性和完整性。

4. VPN连接VPN连接是指通过公共网络建立安全通信隧道，以实现远程访问。

PKI技术可以在VPN连接中使用数字证书进行身份验证和加密通信。

5. 身份认证PKI技术可以用于实现用户身份认证，如在网银系统中使用数字证书进行用户身份认证。

四、总结PKI技术是一种安全通信机制，它通过公钥加密、数字签名和证书管理等多个方面来确保通信的机密性、完整性和可信度。